CN108565273B - 一种螺旋状超长金属线/带的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种螺旋状超长金属线/带的制备方法，包括以下步骤：1)在衬底上旋涂光刻胶；2)用掩膜板进行曝光显影，在衬底上获得螺旋状的线/带生长模板区域；3)在经过步骤2)处理后的衬底上蒸镀一层金属薄膜；4)在真空炉中退火，使金属薄膜结晶，并与衬底键合在一起；5)反向剥离，除去光刻胶和多余的金属薄膜，在衬底上获得螺旋状的超长线/带，6)除去衬底，得到螺旋状的超长线/带；其中，所述线/带的宽度为微米级或纳米级。本发明利用掩膜板制备超长的金属线/带，有序性好，其长度可达几米甚至数十米，可以像电缆一样盘卷起来；该制备方法简单，适用于多种金属，适合产业化生产。
Description
技术领域
本发明处于传感器器件技术领域，具体涉及一种螺旋状超长金属线/带的制备方法。
背景技术
金属纳米线具有导电性能好、适用性广等优点，因而受到了人们的重视。例如，随着人们生活水平的提高，人们对医疗健康产品提出了更高的要求，穿戴式医疗器件受到了人们的青睐。可穿戴式压力医疗器件要求柔软、轻便、舒适，而满足这些要求通常是有机材料，例如PDMS、PET等。有机薄膜通常是不导电的，为了获得良好的电学性能，会在PDMS中掺入金属纳米线、碳纳米管和石墨烯等。
此外，随着科学迅速发展，纳米器件有望在未来发挥极其重要的作用。而金属纳米线可以作为纳米器件的电极材料。随着微纳加工技术的不断成熟，金属纳米线将会对纳米器件的发展产生积极的影响。
目前，一般是通过腐蚀剥离法、外延法和水热法等方法制备金属纳米线。但这些方法制备的金属纳米线有序性较差、长度较短，一般不超过1cm，而且，采用这些方法制备的纳米线无规则，也无法盘卷起来，占地面积大，因此不能满足一些特殊领域的需求。
发明内容
本发明提供了一种螺旋状超长金属线/带的制备方法，利用掩膜板制备超长的金属线/带，其长度可达几米甚至数十米，可以像电缆一样盘卷起来。
本发明采用的技术方案是：一种螺旋状超长金属线/带的制备方法，包括以下步骤：
1)在衬底上旋涂光刻胶；
2)用掩膜板进行曝光显影，在衬底上获得螺旋状的线/带生长模板区域；
3)在经过步骤2)处理后的衬底上蒸镀一层金属薄膜；
4)在真空炉中退火，使金属薄膜结晶，并与衬底键合在一起；
5)反向剥离，除去光刻胶和多余的金属薄膜，在衬底上获得螺旋状的超长线/带；
6)除去衬底，得到螺旋状的超长线/带；
其中，所述线/带的宽度为微米级或纳米级。
优选的，所述线/带的宽度为300-10000nm。
优选的，所述线/带的材质为Ag、Au、Pt、Cu、Fe、Al或Cr。更优选的，所述线/带的材质为Ag或Au。
优选的，所述衬底的直径为2英寸以上；所述衬底可以选用容易被弱酸腐蚀的材料，衬底的材质为LiGaO2、MgO、ZnO或FeO。
优选的，步骤1)中，旋涂的光刻胶的厚度为0.3-20μm。
优选的，步骤2)中，使用预先制备好的金属Cr掩膜板进行曝光显影，金属Cr掩膜板有激光刻蚀出的螺旋状图案。
步骤2)中，曝光显影的控制的条件为：采用370nm紫光照射10-60s。
优选的，步骤3)中，采用电子束蒸发在室温、真空大于10-3Pa的条件下蒸镀金属薄膜。
优选的，所述金属薄膜的厚度为300-20000nm，金属薄膜为选自Ag薄膜、Au薄膜、Pt薄膜、Cu薄膜、Fe薄膜、Al薄膜或Cr薄膜。
优选的，步骤4)中，退火的条件控制为：真空度大于10-4Pa，退火温度200-400℃，退火时间30-240min。更优选的，退火温度为300℃，退火时间120min。
优选的，步骤6)中，除去衬底的具体操作为：在真空大于10-4Pa的条件下，将步骤5)处理后的衬底升温至600-900℃，然后以50-100℃/min的速率快速降温至室温，使衬底破碎。
优选的，步骤6)中，除去衬底的具体操作为：将步骤5)处理后的衬底放置在耐酸的丝网上，置于弱酸中腐蚀掉衬底。
本发明的有益效果是：本发明利用掩膜板制备超长的金属线/带，有序性好，其长度可达几米甚至数十米，可以像电缆一样盘卷起来；该制备方法简单，适用于多种金属，适合产业化生产。
附图说明
图1是超长金属纳米线生长模板区域的正面示意图。
具体实施方式
实施例1
一种螺旋状超长金属线/带的制备方法，包括以下步骤：
1)在大尺寸的LiGaO2衬底上(直径为2英寸以上)旋涂厚度为0.5μm的光刻胶；
2)使用预先制备好的金属Cr掩膜板进行曝光显影，在衬底上获得螺旋状的线的生长模板区域，该线的宽度为300nm，其中，曝光显影的控制的条件为：采用370nm紫光照射10s；
3)采用电子束蒸发在室温、真空大于10-3Pa的条件下，在经过步骤2)处理后的衬底上蒸镀一层厚度为300nm的Au薄膜；
4)在真空炉中退火，使Au薄膜结晶，并与LiGaO2衬底键合在一起，其中，退火的条件控制为：真空度大于10-4Pa，退火温度300℃，退火时间120min；
5)反向剥离，除去光刻胶和多余的金属薄膜，在衬底上获得长度为5m的螺旋状的Au超长线；
6)在真空大于10-4Pa的条件下，将步骤5)处理后的衬底升温至750℃，然后以50℃/min的速率快速降温至室温，使衬底破碎玻璃，得到5m长的螺旋状的超长线。
其中，所述Au线的宽度为300nm。
实施例2
一种螺旋状超长金属线/带的制备方法，包括以下步骤：
1)在大尺寸的ZnO衬底上(直径为2英寸以上)旋涂厚度为0.5μm的光刻胶；
2)使用预先制备好的金属Cr掩膜板进行曝光显影，在衬底上获得螺旋状的线生长模板区域，该线宽度为300nm，曝光显影的控制的条件为：采用370nm紫光照射20s；
3)采用电子束蒸发在室温、真空大于10-3Pa的条件下，在经过步骤2)处理后的衬底上蒸镀一层厚度为300nm的Au薄膜；
4)在真空炉中退火，使Au薄膜结晶，并与ZnO衬底键合在一起，其中，退火的条件控制为：真空度大于10-4Pa，退火温度300℃，退火时间120min；
5)反向剥离，除去光刻胶和多余的金属薄膜，在衬底上获得螺旋状的Au超长线；
6)将步骤5)处理后的ZnO衬底放置在耐酸的丝网上，置于弱酸中腐蚀掉ZnO衬底，得到3m长的螺旋状的超长线。
其中，所述Au线的宽度为300nm。
实施例3
一种螺旋状超长金属线/带的制备方法，包括以下步骤：
1)在大尺寸的MgO衬底上(直径为2英寸以上)旋涂厚度为2μm的光刻胶；
2)使用预先制备好的金属Cr掩膜板进行曝光显影，在衬底上获得螺旋状的线的生长模板区域，该线的宽度为600nm，曝光显影的控制的条件为：采用370nm紫光照射30s；
3)采用电子束蒸发在室温、真空大于10-3Pa的条件下，在经过步骤2)处理后的衬底上蒸镀一层厚度为800nm的Ag薄膜；
4)在真空炉中退火，使Ag薄膜结晶，并与MgO衬底键合在一起，其中，退火的条件控制为：真空度大于10-4Pa，退火温度200℃，退火时间240min；
5)反向剥离，除去光刻胶和多余的金属薄膜，在衬底上获得螺旋状的Ag超长线；
6)将步骤5)处理后的衬底放置在耐酸的丝网上，置于弱酸中腐蚀掉MgO衬底，得到2m长的螺旋状的Ag超长线。
其中，所述Ag线的宽度为600nm。
实施例4
一种螺旋状超长金属线/带的制备方法，包括以下步骤：
1)在大尺寸的LiGaO2衬底上(直径为2英寸以上)旋涂厚度为10μm的光刻胶；
2)使用预先制备好的金属Cr掩膜板进行曝光显影，在衬底上获得螺旋状的带的生长模板区域，该带宽度为5000nm，曝光显影的控制的条件为：采用370nm紫光照射40s；
3)采用电子束蒸发在室温、真空大于10-3Pa的条件下，在经过步骤2)处理后的衬底上蒸镀一层厚度为50000nm的Pt薄膜；
4)在真空炉中退火，使Pt薄膜结晶，并与LiGaO2衬底键合在一起，其中，退火的条件控制为：真空度大于10-4Pa，退火温度250℃，退火时间90min；
5)反向剥离，除去光刻胶和多余的金属薄膜，在衬底上获得螺旋状的Pt超长带；
6)在真空大于10-4Pa的条件下，将步骤5)处理后的衬底升温至800℃，然后以80℃/min的速率快速降温至室温，使衬底破碎，得到10m长的螺旋状的Pt超长带。
其中，所述Pt带的宽度为5000nm。
实施例5
一种螺旋状超长金属线/带的制备方法，包括以下步骤：
1)在大尺寸的FeO衬底上(直径为2英寸以上)旋涂厚度为20μm的光刻胶；
2)使用预先制备好的金属Cr掩膜板进行曝光显影，在衬底上获得螺旋状的带的生长模板区域，该带宽度为10000nm，曝光显影的控制的条件为：采用370nm紫光照射60s；
3)采用电子束蒸发在室温、真空大于10-3Pa的条件下，在经过步骤2)处理后的衬底上蒸镀一层厚度为20000nm的Cu薄膜；
4)在真空炉中退火，使Cu薄膜结晶，并与FeO衬底键合在一起，其中，退火的条件控制为：真空度大于10-4Pa，退火温度400℃，退火时间240min；
5)反向剥离，除去光刻胶和多余的金属薄膜，在衬底上获得螺旋状的Cu超长带；
6)将步骤5)处理后的衬底放置在耐酸的丝网上，置于弱酸中腐蚀掉衬底，得到20m长的螺旋状的Cu超长带。
其中，所述该Cu带的宽度为10000nm。
Claims (9)
1.一种螺旋状超长金属线/带的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)在衬底上旋涂光刻胶；
2)用掩膜板进行曝光显影，在衬底上获得螺旋状的线/带生长模板区域；
3)在经过步骤2)处理后的衬底上蒸镀一层金属薄膜；
4)在真空炉中退火，使金属薄膜结晶，并与衬底键合在一起；
5)反向剥离，除去光刻胶和多余的金属薄膜，在衬底上获得螺旋状的超长线/带；
6)除去衬底，得到螺旋状的超长线/带；
其中，所述线/带的宽度为微米级或纳米级；
所述衬底的材质为LiGaO2、MgO、ZnO或FeO；
步骤4)中，退火的条件控制为：真空度大于10-4Pa，退火温度200-400℃，退火时间30-240min。
2.根据权利要求1所述的螺旋状超长金属线/带的制备方法，其特征在于，所述线/带的宽度为300-10000nm。
3.根据权利要求1所述的螺旋状超长金属线/带的制备方法，其特征在于，所述线/带的材质为Ag、Au、Pt、Cu、Fe、Al或Cr。
4.根据权利要求1所述的螺旋状超长金属线/带的制备方法，其特征在于，所述衬底的直径为2英寸以上。
5.根据权利要求1所述的螺旋状超长金属线/带的制备方法，其特征在于，步骤1)中，旋涂的光刻胶的厚度为0.3-20μm。
6.根据权利要求1所述的螺旋状超长金属线/带的制备方法，其特征在于，步骤3)中，采用电子束蒸发在室温、真空大于10-3Pa的条件下蒸镀金属薄膜。
7.根据权利要求1所述的螺旋状超长金属线/带的制备方法，其特征在于，所述金属薄膜的厚度为300-20000nm，金属薄膜为选自Ag薄膜、Au薄膜、Pt薄膜、Cu薄膜、Fe薄膜、Al薄膜或Cr薄膜。
8.根据权利要求1所述的螺旋状超长金属线/带的制备方法，其特征在于，步骤6)中，除去衬底的具体操作为：在真空大于10-4Pa的条件下，将步骤5)处理后的衬底升温至600-900℃，然后以50-100℃/min的速率快速降温至室温，使衬底破碎。
9.根据权利要求1所述的螺旋状超长金属线/带的制备方法，其特征在于，步骤6)中，除去衬底的具体操作为：将步骤5)处理后的衬底放置在耐酸的丝网上，置于弱酸中腐蚀掉衬底。
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