[发明专利]一种基于光响应聚合物的压印多重纳米图案的方法

说明书

本发明公开了一种基于光响应聚合物的压印多重纳米图案的方法，所用聚合物的玻璃化温度(T_g)具有光调控的性质，在基底上涂上一层聚合物薄膜，对其施加较短波长光照，使其发生玻璃化温度的下降，利用热塑性纳米压印的方法对其图案化，随后通过较长波长光照，使其发生玻璃化温度的回复，实现固化。该过程可以在光学掩膜条件下无限次重复，进行多次光照、压印、固化，最终得到含有多重纳米结构的薄膜。该方法可应用于防伪识别、信息存储、半导体芯片制造技术等领域，扩大了纳米压印光刻技术的应用范围。

技术领域

本发明涉及高分子材料技术和纳米压印光刻(Nanoimprint Lithography,NIL)技术领域，特别涉及一种利用热塑性纳米压印技术在光响应聚合物表面上制备多重纳米图案的方法。

背景技术

纳米图案的制备是当前十分重要的研究领域。按制备方法可分为自上而下和自下而上两种。本发明所述的压印方法为自上而下型。压印方法按图案尺寸可分为百纳米级别、十纳米级别、纳米级别等等。若图案的尺寸在百纳米级，则结构具有光子晶体的性质，可用于光调制器、防伪识别等领域。若图案在十纳米、纳米级，则该结构可应用与半导体加工、微流控、微反应器等领域。

光子晶体是一种具有与可见光波长匹配的周期性介电结构的晶体结构。从麦克斯韦电磁场方程出发可以得到关于电磁波频率的本征方程，在光子晶体中，它的光谱是所有频率本征值的总和。由于周期性势场的作用，允许存在的频率构成一个离散的集合。周期性势场进一步地带来了分立的频带即光子禁带以及缺陷周围的局域态等深刻的性质。这些性质使得光子晶体在对光子的控制方面有着巨大的应用前景。

利用热塑性纳米压印的方法可以简单方便地获得光子晶体结构以及更小的十纳米级结构。热塑性纳米压印光刻是一种纳米级图案的制造工艺技术，由普林斯顿大学Stephen Y Chou教授于1995年提出。在该方法中，我们将基板涂上一层聚合物薄膜，升温至高于该聚合物的玻璃化温度(Tg)，将含有纳米图案的模板压印在聚合物薄膜表面，保持压印状态下降温，脱模，即实现了纳米图案的转移。

除了光子晶体结构，该压印技术还能用于制备10纳米级别的结构。因此该技术还在半导体芯片制造、微纳加工等领域有广泛的应用。

但是，目前对热塑性纳米压印光刻的利用存在一定的局限性。PROBST C,etal.Advanced Materials,2016,28,2624-2628.首次实现了偶氮苯的非热纳米压印。但是到目前为止利用光响应聚合物压印的纳米图案仍受限于单一模板。国际专利申请WO 2007/046772 Al中提出了一种多模板压印的技术，该技术利用了聚碳酸酯、PMMA等传统线型聚合物，在玻璃化温度以上按压得到基础结构，再在玻璃化温度以下按压得到精细结构，即得到了覆盖整个薄膜的多层次纳米结构。但是该方法只能作用于全局，无法精确地在特定区域压印特定纳米结构。

发明内容

本发明的目的旨在提供一种新型的纳米压印技术方法，该方法利用光响应聚合物，可以简单方便、高通量大面积地制备空间上具有多重纳米图案的薄膜和模板，并提供这类光响应聚合物薄膜。

本发明提出的纳米压印方法利用的光响应聚合物是一类光可调控玻璃化温度的聚合物，通过光学掩膜的控制，可以突破压印技术中单一模板的限制，在同一基底上压印出多重纳米图案，实现对纳米结构在空间上的精确控制。

本发明先制备出两个或更多个具有特定结构的纳米图案模板作为压印模板，该模板可以是硅、镍等硬模板，也可以是聚二甲基硅氧烷(PDMS)等软模板；然后准备含有特定图案的光学掩膜，该掩膜的透光部分可以透过90％以上的280-400nm紫外光和400-800nm可见光，该掩膜的掩盖部分可以完全反射或吸收280-400nm紫外光和400-800nm可见光；再采用纳米压印的方法对光响应聚合物进行压印。