[发明专利]纳米结构转印方法及利用堆栈方法制备多层纳米结构的方法

说明书

本发明提供一种纳米结构转印方法及利用堆栈方法制备多层纳米结构的方法，主要包括：在原始衬底上依次形成水溶性层、聚甲基丙烯酸甲酯层和纳米结构的胶层；在纳米结构的胶层上沉积金属膜；用蓝膜去除纳米结构的上层金属膜；将弹性衬底贴合到纳米结构上；将PMMA层及金属纳米结构和胶纳米结构转移至弹性衬底上；将所形成样品的PMMA层贴合至目标衬底上，并施加一定的压强和温度，使得PMMA层与目标衬底紧密贴合；等温度降至室温后，撕掉弹性衬底，去除胶纳米结构，从而将金纳米结构和PMMA层转印至目标衬底。利用该方法，可以将制备出的纳米结构有序地堆叠起来形成三维立体纳米结构，在微纳米材料加工方面具有重要前景。

技术领域

本发明涉及一种纳米结构的制造方法，具体涉及一种纳米结构转印方法及利用堆栈方法制备多层纳米结构的方法。

背景技术

处于纳米介观尺寸的材料具有众多不同于传统体材料的物理和化学性质，表现出小尺寸效应，表面与界面效应，量子尺寸效应等，因此，纳米科技已经广泛地引起科学家们的关注，并在最近几年得到了迅猛发展。

纳米科技的进步促使人们去探索和开发新型的纳米制造技术，经过研究者的不断努力，一些纳米制造方法，如聚焦离子束刻蚀、电子束光刻、纳米压印、激光全息曝光、自组装等方法已经被广泛运用于二维纳米结构的制作。然而，这些基础的方法对于制造三维纳米结构，尤其是有序的三维纳米结构而言仍然具有很大的挑战性。

纳米转印技术，由于具有低成本、高产率、高稳定性和高均匀性等优点，特别是与柔性纳米器件制造工艺兼容，成为三维纳米结构制备的研究热点。但这项工艺仍处于研究的初步阶段，有众多问题亟待解决。比如，

第一，纳米转印模板通常是具有低表面能和低杨氏模量的弹性材料，在转印过程中，容易造成纳米结构的形变，从而降低成品率；

第二，由于纳米转印模板与沉积材料之间的粘附力，使得在纳米转印模板上直接沉积的材料无法稳定地将纳米材料结构转印到目标衬底上；

第三，在将纳米结构转印到柔性衬底上的时候，有机溶剂的使用将会导致溶胀等问题，从而导致纳米结构发生形变。这些原因将不可避免地减小了转印纳米结构的面积，降低了转印质量。

发明内容

鉴于上述问题，本发明的目的是提供一种用于制造大面积有序三维纳米结构的高效纳米转印方法，及利用堆栈方法制备多层纳米结构的方法。

本发明的纳米结构转印方法，具体包括以下几个步骤：

步骤一：在干净的原始衬底上依次形成水溶性层、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)层和胶(resist)层；

优选的，所述原始衬底为石英片或硅片；所述水溶性层为聚丙烯酸(PAA)层；所述胶层为光刻胶层或电子胶层。

优选的，采用旋涂方法形成水溶性层、PMMA层和胶层。

步骤二：使胶层形成纳米结构，即，形成具有纳米结构的胶层；

优选的，所述胶层为光刻胶层，形成纳米结构的方法为纳米压印或激光干涉曝光。优选的，所述纳米结构为光栅、孔阵、柱状阵列。

可选的，所述胶层为电子胶层，形成纳米结构的方法为电子束曝光。

优选的，所述胶层厚度为100-600nm。

步骤三：在上述具有纳米结构的胶层上沉积金属膜，其中，金属膜厚度小于胶层厚度；

优选的，所述金属膜厚度为20-200nm。

步骤四：用具有硅胶层的蓝膜与上述结构紧密贴合，通过撕拉法去除纳米结构的上层金属膜。由于蓝膜与金属膜的粘附性大于金属与胶层的粘附性，因此可以去除上层金属膜，保留下层金属膜和具有纳米结构的胶层。