CN104671197B - 可转移有序金属纳/微米孔模板的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种可转移有序金属纳/微米孔模板的制备方法。它先将聚苯乙烯微球单层密排于基板上后，加热得到粘附有聚苯乙烯微球的基板，再使用氧等离子体刻蚀聚苯乙烯微球，随后，先依次于粘附有松散状有序聚苯乙烯微球的基板上使用电镀或热蒸发或磁控溅射技术沉积底层金属膜和惰性金属膜，得到依次覆有惰性金属膜、底层金属膜和松散状有序聚苯乙烯微球的基板，再使用二氯甲烷溶解掉基板上的聚苯乙烯微球，得到依次覆有其膜中均留有球形孔的惰性金属膜和底层金属膜的基板，接着，腐蚀掉底层金属膜后，将漂浮于腐蚀液中的惰性金属膜捞起，制得产物。它的产物极易于广泛地应用于光伏、生物传感器、有序纳米材料制作、细胞迁移和粘附等领域。
Description
技术领域
本发明涉及一种模板的制备方法，尤其是一种可转移有序金属纳/微米孔模板的制备方法。
背景技术
近年来，由于在光伏、生物传感器、有序纳米材料制作、细胞迁移和粘附等方面的巨大应用前景，金属纳/微米孔模板的研究受到了广泛的关注。目前，制备有序金属纳/微米孔模板的方法很多，主要有电子束曝光、聚焦离子束、光刻、纳米压印技术等。这些技术利用先进的半导体加工设备，实现了金属纳/微米孔的周期、孔径、填充比的高精度控制；然而，由于这些技术涉及复杂的半导体工艺，致使制备成本较高。为解决这一问题，人们作了一些有益的尝试和努力，如中国发明专利申请CN103145095A于2013年6月12日公布的一种全色结构色或可变色颜色图案阵列的制备方法。该专利申请中提及了于非紧密堆积单层聚苯乙烯微球的基底上依次垂直沉积1.5～2nm厚的铬和50～200nm厚的金或银后，再用氯仿除去聚苯乙烯微球及其表面沉积的金属，从而在基底上得到大面积结构有序的贵金属纳米孔阵列。但是，这种制备方法虽获得了大面积结构有序的纳米孔阵列，却因纳米孔阵列仍与基底结合在一起而极大地限制了应用的范围。
发明内容
本发明要解决的技术问题为克服现有技术中的不足之处，提供一种可有效地剥离基板的可转移有序金属纳/微米孔模板的制备方法。
为解决本发明的技术问题，所采用的技术方案为：可转移有序金属纳/微米孔模板的制备方法包括电镀法或蒸发法或溅射法，特别是主要步骤如下：
步骤1，先将聚苯乙烯微球单层密排于基板上后，置于110～130℃下加热6～8s，得到粘附有聚苯乙烯微球的基板，再使用氧等离子体刻蚀聚苯乙烯微球，得到粘附有松散状有序聚苯乙烯微球的基板；
步骤2，先使用电镀或热蒸发或磁控溅射技术于粘附有松散状有序聚苯乙烯微球的基板上沉积2～20nm厚的底层金属膜，得到覆有底层金属膜和松散状有序聚苯乙烯微球的基板，再使用电镀或热蒸发或磁控溅射技术于覆有底层金属膜和松散状有序聚苯乙烯微球的基板上沉积惰性金属膜，得到依次覆有惰性金属膜、底层金属膜和松散状有序聚苯乙烯微球的基板；
步骤3，先使用二氯甲烷溶解掉基板上的聚苯乙烯微球，得到依次覆有其膜中均留有球形孔的惰性金属膜和底层金属膜的基板，再腐蚀掉底层金属膜后，将漂浮于腐蚀液中的惰性金属膜捞起，制得可转移有序金属纳/微米孔模板。
作为可转移有序金属纳/微米孔模板的制备方法的进一步改进：
优选地，基板为硅基板，或氧化硅基板，或有机薄膜基板。
优选地，在将聚苯乙烯微球置于基板上之前，先使用氩等离子体清洗基板。
优选地，使用氧等离子体刻蚀聚苯乙烯微球的时间为1～30s。
优选地，底层金属膜为铝膜，或铁膜，或银膜，或钛膜。
优选地，惰性金属膜为铬膜，或金膜，或铂膜。
优选地，溶解掉聚苯乙烯微球的过程为，将基板置于二氯甲烷中至少5min后，超声二氯甲烷至其浑浊。
优选地，腐蚀掉铝膜或铁膜或钛膜的腐蚀液为10wt％的盐酸溶液，腐蚀掉银膜的腐蚀液为65wt％的硝酸溶液。
相对于现有技术的有益效果是：
其一，对制备方法制得的产物使用扫描电镜进行表征，由其结果可知，产物为其上布满六方有序排列的金属纳/微米孔模板。这种由惰性金属制作的金属纳/微米孔模板既与基板无损伤地分离，又可根据用途而便捷地在不同基板之间进行转移，大大地拓展了其应用的领域。
其二，制备方法科学、有效。不仅制得了有序金属纳/微米孔模板，还使其与原模板完全分离而独自存在，使其不受限地应用于所需的场合；进而使产物极易于广泛地应用于光伏、生物传感器、有序纳米材料制作、细胞迁移和粘附等领域。
附图说明
图1是对制备方法制得的产物使用扫描电镜(SEM)进行表征的结果之一。SEM图像显示出产物为模板，该模板上均匀地布满六方有序排列的金属纳/微米孔。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的优选方式作进一步详细的描述。
首先从市场购得或自行制得：
球直径为500nm的聚苯乙烯微球；作为基板的硅基板、氧化硅基板和有机薄膜基板，其中，在将聚苯乙烯微球置于基板上之前，先使用氩等离子体清洗基板；二氯甲烷；盐酸溶液；硝酸溶液。
接着，
实施例1
制备的具体步骤为：
步骤1，先将聚苯乙烯微球单层密排于基板上后，置于110℃下加热8s，得到粘附有聚苯乙烯微球的基板；其中，基板为硅基板。再使用氧等离子体刻蚀聚苯乙烯微球1s，得到粘附有松散状有序聚苯乙烯微球的基板。
步骤2，先使用热蒸发技术中的电子束蒸发技术于粘附有松散状有序聚苯乙烯微球的基板上沉积2nm厚的底层金属膜；其中，底层金属膜为铝膜，得到覆有底层金属膜和松散状有序聚苯乙烯微球的基板。再使用电子束蒸发技术于覆有底层金属膜和松散状有序聚苯乙烯微球的基板上沉积惰性金属膜；其中，惰性金属膜为金膜，得到依次覆有惰性金属膜、底层金属膜和松散状有序聚苯乙烯微球的基板。
步骤3，先使用二氯甲烷溶解掉基板上的聚苯乙烯微球；其中，溶解掉聚苯乙烯微球的过程为，将基板置于二氯甲烷中5min后，超声二氯甲烷至其浑浊，得到依次覆有其膜中均留有球形孔的惰性金属膜和底层金属膜的基板。再腐蚀掉底层金属膜后，将漂浮于腐蚀液中的惰性金属膜捞起；其中，腐蚀掉铝膜的腐蚀液为10wt％的盐酸溶液，制得近似于图1所示的孔直径为450nm的可转移有序金属纳/微米孔模板。
实施例2
制备的具体步骤为：
步骤1，先将聚苯乙烯微球单层密排于基板上后，置于115℃下加热7.5s，得到粘附有聚苯乙烯微球的基板；其中，基板为硅基板。再使用氧等离子体刻蚀聚苯乙烯微球8s，得到粘附有松散状有序聚苯乙烯微球的基板。
步骤2，先使用热蒸发技术中的电子束蒸发技术于粘附有松散状有序聚苯乙烯微球的基板上沉积6nm厚的底层金属膜；其中，底层金属膜为铝膜，得到覆有底层金属膜和松散状有序聚苯乙烯微球的基板。再使用电子束蒸发技术于覆有底层金属膜和松散状有序聚苯乙烯微球的基板上沉积惰性金属膜；其中，惰性金属膜为金膜，得到依次覆有惰性金属膜、底层金属膜和松散状有序聚苯乙烯微球的基板。
步骤3，先使用二氯甲烷溶解掉基板上的聚苯乙烯微球；其中，溶解掉聚苯乙烯微球的过程为，将基板置于二氯甲烷中6min后，超声二氯甲烷至其浑浊，得到依次覆有其膜中均留有球形孔的惰性金属膜和底层金属膜的基板。再腐蚀掉底层金属膜后，将漂浮于腐蚀液中的惰性金属膜捞起；其中，腐蚀掉铝膜的腐蚀液为10wt％的盐酸溶液，制得近似于图1所示的孔直径为390nm的可转移有序金属纳/微米孔模板。
实施例3
制备的具体步骤为：
步骤1，先将聚苯乙烯微球单层密排于基板上后，置于120℃下加热7s，得到粘附有聚苯乙烯微球的基板；其中，基板为硅基板。再使用氧等离子体刻蚀聚苯乙烯微球15s，得到粘附有松散状有序聚苯乙烯微球的基板。
步骤2，先使用热蒸发技术中的电子束蒸发技术于粘附有松散状有序聚苯乙烯微球的基板上沉积11nm厚的底层金属膜；其中，底层金属膜为铝膜，得到覆有底层金属膜和松散状有序聚苯乙烯微球的基板。再使用电子束蒸发技术于覆有底层金属膜和松散状有序聚苯乙烯微球的基板上沉积惰性金属膜；其中，惰性金属膜为金膜，得到依次覆有惰性金属膜、底层金属膜和松散状有序聚苯乙烯微球的基板。
步骤3，先使用二氯甲烷溶解掉基板上的聚苯乙烯微球；其中，溶解掉聚苯乙烯微球的过程为，将基板置于二氯甲烷中7min后，超声二氯甲烷至其浑浊，得到依次覆有其膜中均留有球形孔的惰性金属膜和底层金属膜的基板。再腐蚀掉底层金属膜后，将漂浮于腐蚀液中的惰性金属膜捞起；其中，腐蚀掉铝膜的腐蚀液为10wt％的盐酸溶液，制得如图1所示的孔直径为325nm的可转移有序金属纳/微米孔模板。
实施例4
制备的具体步骤为：
步骤1，先将聚苯乙烯微球单层密排于基板上后，置于125℃下加热6.5s，得到粘附有聚苯乙烯微球的基板；其中，基板为硅基板。再使用氧等离子体刻蚀聚苯乙烯微球23s，得到粘附有松散状有序聚苯乙烯微球的基板。
步骤2，先使用热蒸发技术中的电子束蒸发技术于粘附有松散状有序聚苯乙烯微球的基板上沉积17nm厚的底层金属膜；其中，底层金属膜为铝膜，得到覆有底层金属膜和松散状有序聚苯乙烯微球的基板。再使用电子束蒸发技术于覆有底层金属膜和松散状有序聚苯乙烯微球的基板上沉积惰性金属膜；其中，惰性金属膜为金膜，得到依次覆有惰性金属膜、底层金属膜和松散状有序聚苯乙烯微球的基板。
步骤3，先使用二氯甲烷溶解掉基板上的聚苯乙烯微球；其中，溶解掉聚苯乙烯微球的过程为，将基板置于二氯甲烷中8min后，超声二氯甲烷至其浑浊，得到依次覆有其膜中均留有球形孔的惰性金属膜和底层金属膜的基板。再腐蚀掉底层金属膜后，将漂浮于腐蚀液中的惰性金属膜捞起；其中，腐蚀掉铝膜的腐蚀液为10wt％的盐酸溶液，制得近似于图1所示的孔直径为265nm的可转移有序金属纳/微米孔模板。
实施例5
制备的具体步骤为：
步骤1，先将聚苯乙烯微球单层密排于基板上后，置于130℃下加热6s，得到粘附有聚苯乙烯微球的基板；其中，基板为硅基板。再使用氧等离子体刻蚀聚苯乙烯微球30s，得到粘附有松散状有序聚苯乙烯微球的基板。
步骤2，先使用热蒸发技术中的电子束蒸发技术于粘附有松散状有序聚苯乙烯微球的基板上沉积20nm厚的底层金属膜；其中，底层金属膜为铝膜，得到覆有底层金属膜和松散状有序聚苯乙烯微球的基板。再使用电子束蒸发技术于覆有底层金属膜和松散状有序聚苯乙烯微球的基板上沉积惰性金属膜；其中，惰性金属膜为金膜，得到依次覆有惰性金属膜、底层金属膜和松散状有序聚苯乙烯微球的基板。
步骤3，先使用二氯甲烷溶解掉基板上的聚苯乙烯微球；其中，溶解掉聚苯乙烯微球的过程为，将基板置于二氯甲烷中9min后，超声二氯甲烷至其浑浊，得到依次覆有其膜中均留有球形孔的惰性金属膜和底层金属膜的基板。再腐蚀掉底层金属膜后，将漂浮于腐蚀液中的惰性金属膜捞起；其中，腐蚀掉铝膜的腐蚀液为10wt％的盐酸溶液，制得近似于图1所示的孔直径为200nm的可转移有序金属纳/微米孔模板。
再分别选用球直径为纳米级或微米级的聚苯乙烯微球，作为基板的硅基板或氧化硅基板或有机薄膜基板；以及使用电镀或热蒸发或磁控溅射技术沉积作为底层金属膜的铝膜或铁膜或银膜或钛膜，作为惰性金属膜的铬膜或金膜或铂膜；选用作为腐蚀掉铝膜或铁膜或钛膜的10wt％的盐酸溶液，腐蚀掉银膜的65wt％的硝酸溶液，重复上述实施例1～5，同样制得了如或近似于图1所示的可转移有序金属纳/微米孔模板。
显然，本领域的技术人员可以对本发明的可转移有序金属纳/微米孔模板的制备方法进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若对本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (8)
1.一种可转移有序金属纳/微米孔模板的制备方法，包括电镀法或蒸发法或溅射法，其特征在于主要步骤如下：
步骤1，先将聚苯乙烯微球单层密排于基板上后，置于110～130℃下加热6～8s，得到粘附有聚苯乙烯微球的基板，再使用氧等离子体刻蚀聚苯乙烯微球，得到粘附有松散状有序聚苯乙烯微球的基板；
步骤2，先使用电镀或热蒸发或磁控溅射技术于粘附有松散状有序聚苯乙烯微球的基板上沉积2～20nm厚的底层金属膜，得到覆有底层金属膜和松散状有序聚苯乙烯微球的基板，再使用电镀或热蒸发或磁控溅射技术于覆有底层金属膜和松散状有序聚苯乙烯微球的基板上沉积惰性金属膜，得到依次覆有惰性金属膜、底层金属膜和松散状有序聚苯乙烯微球的基板；
步骤3，先使用二氯甲烷溶解掉基板上的聚苯乙烯微球，得到依次覆有其膜中均留有球形孔的惰性金属膜和底层金属膜的基板，再腐蚀掉底层金属膜后，将漂浮于腐蚀液中的惰性金属膜捞起，制得可转移有序金属纳/微米孔模板。
2.根据权利要求1所述的可转移有序金属纳/微米孔模板的制备方法，其特征是基板为硅基板，或氧化硅基板，或有机薄膜基板。
3.根据权利要求1所述的可转移有序金属纳/微米孔模板的制备方法，其特征是在将聚苯乙烯微球置于基板上之前，先使用氩等离子体清洗基板。
4.根据权利要求1所述的可转移有序金属纳/微米孔模板的制备方法，其特征是使用氧等离子体刻蚀聚苯乙烯微球的时间为1～30s。
5.根据权利要求1所述的可转移有序金属纳/微米孔模板的制备方法，其特征是底层金属膜为铝膜，或铁膜，或银膜，或钛膜。
6.根据权利要求1所述的可转移有序金属纳/微米孔模板的制备方法，其特征是惰性金属膜为铬膜，或金膜，或铂膜。
7.根据权利要求1所述的可转移有序金属纳/微米孔模板的制备方法，其特征是溶解掉聚苯乙烯微球的过程为，将基板置于二氯甲烷中至少5min后，超声二氯甲烷至其浑浊。
8.根据权利要求5所述的可转移有序金属纳/微米孔模板的制备方法，其特征是腐蚀掉铝膜或铁膜或钛膜的腐蚀液为10wt％的盐酸溶液，腐蚀掉银膜的腐蚀液为65wt％的硝酸溶液。
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