CN105905868B - 纳米级规则褶皱结构的加工方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种纳米级规则褶皱结构的加工方法。该方法主要包括：选取并制备可拉伸基底材料，使用夹具将所述可拉伸基底材料进行预拉伸，利用氟基气体的等离子体刻蚀在所述预拉伸后的基底材料上生长氟碳聚合物材料，将生长了氟碳聚合物材料的基底材料释放，得到纳米级规则褶皱结构。本发明实施例采用在可拉伸基底材料上淀积氟碳聚合物方法制备褶皱结构，无需光刻工艺即可实现纳米级规则褶皱结构的加工制备，加工方法简单、稳定性好、并可大面积制造。本发明可以实现500nm以下褶皱结构的制备，此范围结构对材料本身透明度、反射率等参数影响很小，可极大提高其应用范围。

Description

纳米级规则褶皱结构的加工方法
技术领域
本发明涉及微纳米结构技术领域，尤其涉及一种纳米级规则褶皱结构的加工方法。
背景技术
材料与结构在微纳米尺度展现了许多不同于宏观尺度的新特征，纳米技术已经成为当前科学研究与工业开发的热门领域之一。目前，主流的微纳米结构的制备手段集中在以光刻为基础的工艺过程中，该过程可以同步进行大面积规则结构的制备，有加工效率高、结构规则可控等优点。但由于光谱自身波长的限制，当加工制备的线条尺寸达到1μm及以下的时候，会有非常明显的衍射现象出现，这将极大地降低加工制备结构的质量。而一些微电子公司(如英特尔、台积电等)采用的EUV光刻、沉浸式光刻等手段虽然能实现该尺度的加工制备，但由于这种光刻机的价格高昂，普通高校、科研单位、小的公司很难利用这种加工手段制备微纳米结构，因此，寻找一种成本低廉、易于实现该尺度加工的工艺手段是一个亟待解决的问题。
发明内容
本发明的实施例提供了一种纳米级规则褶皱结构的加工方法，以实现制备500nm以下褶皱结构。
本发明提供了如下方案：
一种纳米级规则褶皱结构的加工方法，包括：
选取并制备可拉伸基底材料；
使用夹具将所述可拉伸基底材料进行预拉伸；
利用氟基气体的等离子体刻蚀在所述预拉伸后的基底材料上生长氟碳聚合物材料；
将生长了氟碳聚合物材料的基底材料释放，得到纳米级规则褶皱结构。
进一步地，所述基底材料为有一定弹性的硅胶材料，厚度为10μm-5mm。
进一步地，所述的使用夹具将所述可拉伸基底材料进行预拉伸，包括：
在培养皿中涂覆一层所述可拉伸基底材料，对所述培养皿以80℃加热30min使所述可拉伸基底材料固化；
使用夹具将固化后的可拉伸基底材料进行预拉伸，拉伸比例为5％-200％，所述预拉伸为单轴拉伸或者多轴拉伸。
进一步地，所述的利用氟基气体的等离子体刻蚀在所述预拉伸后的基底材料上生长氟碳聚合物材料，包括：
将预拉伸后的基底材料放入仪器腔内，利用氟基气体的等离子体刻蚀在预拉伸的基底材料上生长氟碳聚合物材料，所述氟基气体为氟基烷类气体，所述氟碳聚合物材料的厚度为1nm-1μm。
进一步地，所述生长了氟碳聚合物材料的基底材料的释放时间为0.1s-10min。
进一步地，所述的方法还包括：
将所述纳米级规则褶皱结构作为模具，将可拉伸基底基液按一定比例混合并去气泡，将去气泡后的基液涂覆于所述模具上，并加热；所述基液涂覆厚度为10μm-5mm，所述加热温度为60℃-150℃，加热时间为10min-200min，将所述模具与基液凝固形成的膜分离开来，得到所述纳米级规则褶皱结构的相反结构。
由上述本发明的实施例提供的技术方案可以看出，本发明实施例采用在可拉伸基底材料上淀积氟碳聚合物方法制备褶皱结构，无需光刻工艺即可实现纳米级规则褶皱结构的加工制备，加工方法简单、稳定性好、并可大面积制造。本发明可以实现500nm以下褶皱结构的制备，此范围结构对材料本身透明度、反射率等参数影响很小，可极大提高其应用范围。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的一种纳米级规则褶皱结构示意图；
图2为本发明实施例提供的一种纳米级规则褶皱结构的加工方法的处理流程图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。
本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本发明的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。应该理解，当我们称元件被“连接”或“耦接”到另一元件时，它可以直接连接或耦接到其他元件，或者也可以存在中间元件。此外，这里使用的“连接”或“耦接”可以包括无线连接或耦接。这里使用的措辞“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项的任一单元和全部组合。
本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。
为便于对本发明实施例的理解，下面将结合附图以几个具体实施例为例做进一步的解释说明，且各个实施例并不构成对本发明实施例的限定。
褶皱结构是一种在自然界广泛存在的结构，包括皮肤表皮、山川、衣服等等，其特征结构一般在103m-10-6m左右。近年来，研究发现，通过对可拉伸基底施加特定的应力，其表面刚性薄膜会形成规则的褶皱结构，其特征尺寸在微米量级，这种工艺方法为微纳米加工工艺提供了新的思路。该方法涉及到可拉伸基底和表面刚性薄膜的材料选择，以及可拉伸基底应力应变的施加方式。通常可拉伸基底材料选用聚二甲苯硅氧烷(polydimethylsiloxane，PDMS)，而刚性材料采用紫外\臭氧、氧等离子体处理PDMS表面形成的硅氧化物，或者通过溅射金属等方法在其表面形成金属薄膜，由于材料本身性质的限制，二者均难以实现500nm以下尺度结构的制备，且此尺度结构和溅射金属的方法均会削弱材料的透明度，限制其潜在应用。
针对现有技术存在的上述问题，本发明目的在于提供一种实现尺度低于500nm的规则褶皱结构的加工制备方法，并且衬底材料不限于聚二甲苯硅氧烷，还可在一些其他的可拉伸的基底上实现类似结构，例如Smooth on公司的Solaris等。
图1为本发明实施例的纳米级规则褶皱结构的示意图，其结构包括：氟碳聚合物1和可拉伸基底2，本发明实施例提供的一种纳米级规则褶皱结构的加工制备方法的处理流程如图2所示，包括如下的处理步骤：
步骤a、选取并制备可拉伸基底材料；
所述可拉伸基底材料为有一定弹性的硅胶材料如聚二甲苯硅氧烷、Solaris等材料，所述可拉伸基底材料厚度为10μm-5mm；
之后在培养皿中涂覆一层上述可拉伸基底材料，并以80℃加热30min使可拉伸基底材料固化。
步骤b、使用夹具将固化后的可拉伸基底材料进行预拉伸，拉伸比例为5％-200％。所述拉伸不局限其拉伸方向，可为单轴拉伸或者多轴拉伸；
步骤c、将预拉伸后的基底材料放入仪器腔内，利用氟基气体的等离子体刻蚀在预拉伸的基底材料上生长氟碳聚合物材料；
所述氟基气体为氟基烷类气体，如CF4、C4F8等；
所述等离子刻蚀通过能够产生等离子体的设备实现，如反应离子刻蚀机(RIE)、电感耦合等离子体刻蚀机(ICP)、磁控溅射设备等；
所述氟碳聚合物材料的厚度为1nm-1μm。
步骤d、将生长了氟碳聚合物材料的基底材料缓慢释放，释放时间为0.1s-10min，得到纳米级规则褶皱结构。
作为本发明的纳米级规则褶皱结构加工方法的一种扩展方案，可以快速制备纳米级规则褶皱结构的相反结构，可用于纳米级规则褶皱结构的快速复制制备，可视为该加工方法的一个拓展，上述扩展方案的具体技术方案如下：
步骤e、将可拉伸基底基液按一定比例混合并去气泡，所述基底基液混色比例可以为5:1—10:1；
步骤f、在步骤d得到的纳米级规则褶皱结构作为模具，将上述步骤e中的基液均匀涂覆于模具上，并加热；所述基液涂覆厚度为10μm-5mm，所述加热温度为60℃-150℃，加热时间为10min-200min。
步骤g、将步骤f中的模具与基液凝固形成的膜分离开来，得到纳米级规则褶皱结构的相反结构；
以上所述制备步骤，其制备流程并非固定不变，根据实际需要可调整顺序或删减步骤。
本发明实施例的纳米级规则褶皱结构可以在聚二甲基硅氧烷、Solaris上形成结构的AFM(原子力显微镜，Atomic Force Microscope)图片。
综上所述，本发明实施例采用在可拉伸基底材料上淀积氟碳聚合物方法制备褶皱结构，无需光刻工艺即可实现纳米级规则褶皱结构的加工制备，加工方法简单、稳定性好、并可大面积制造。
2、本发明对基底材料没有特殊选择性，常用可拉伸材料上均可实现褶皱结构的加工制备，具有一定的普适性。
3、本发明可以实现500nm以下褶皱结构的制备，此范围结构对材料本身透明度、反射率等参数影响很小，可极大提高其应用范围。
4、本发明提供的方法加工实现结构同时也实现了氟碳聚合物的淀积，从而可将带有结构的基底作为模具利用软光刻技术实现结构的快速复制。
本领域普通技术人员可以理解：附图只是一个实施例的示意图，附图中的模块或流程并不一定是实施本发明所必须的。
本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于装置或系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述得比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。以上所描述的装置及系统实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (3)

1.一种纳米级规则褶皱结构的加工方法，其特征在于，包括：
选取并制备可拉伸基底材料；
使用夹具将所述可拉伸基底材料进行预拉伸，具体包括：在培养皿中涂覆一层所述可拉伸基底材料，对所述培养皿以80℃加热30min使所述可拉伸基底材料固化；使用夹具将固化后的可拉伸基底材料进行预拉伸，拉伸比例为5％-200％，所述预拉伸为单轴拉伸或者多轴拉伸；
将预拉伸后的基底材料放入仪器腔内，利用氟基气体的等离子体刻蚀在预拉伸的基底材料上生长氟碳聚合物材料，所述氟基气体为氟基烷类气体，所述等离子体 刻蚀通过能够产生等离子体的设备实现，所述氟碳聚合物材料的厚度为1nm-1μm；
将生长了氟碳聚合物材料的基底材料释放，得到纳米级规则褶皱结构；
将所述纳米级规则褶皱结构作为模具，将可拉伸基底基液按一定比例混合并去气泡，将去气泡后的基液涂覆于所述模具上，并加热；所述基液涂覆厚度为10μm-5mm，所述加热温度为60℃-150℃，加热时间为10min-200min，将所述模具与基液凝固形成的膜分离开来，得到所述纳米级规则褶皱结构的相反结构。
2.根据权利要求1所述 的纳米级规则褶皱结构的加工方法，其特征在于，所述基底材料为有一定弹性的硅胶材料，厚度为10μm-5mm。
3.根据权利要求1所述 的纳米级规则褶皱结构的加工方法，其特征在于，所述生长了氟碳聚合物材料的基底材料的释放时间为0.1s-10min。
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