CN110182757A - 一种纳米结构的制造方法 - Google Patents
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Abstract
本申请提供一种纳米结构的制造方法。该方法包括：根据预设的第一图案模板，在具有低表面能的衬底上写入电荷，以使衬底在写入电荷的区域产生化学改性，从而形成第一纳米图案，然后在第一纳米图案所在的区域引入第一纳米颗粒，进而形成第一纳米结构。由于衬底本身是具有低表面能的，而第一纳米图案是采用写入电荷的方式使得衬底表面产生化学改性，从而能够在衬底上形成具有高表面能的第一纳米图案。因此，第一纳米颗粒在高表面能的作用下，可以精确吸附在第一纳米图案所在的区域，而衬底上除第一纳米图案以外的区域的表面能较低，不会吸附第一纳米颗粒，也不会产生现有技术中的非特异性吸附的问题，使得所形成的第一纳米结构更加干净。
Description
技术领域
本申请涉及纳米技术领域，特别涉及一种纳米结构的制造方法。
背景技术
随着科学技术的不断发展，电子科学、光子科学、光电科学、生物科学等领域都对纳米结构的加工技术提出了更高的要求，需要提供一种更加可靠、更加快速、更低成本的纳米加工技术。
现有技术中，通常采用表面化学改性的方法制造纳米结构。具体来说，首先可以采用微纳加工技术制备表面化学性质不同的纳米图案，然后通过化学反应或化学吸附的手段引入纳米颗粒，从而形成纳米结构。然而，由于化学反应或化学吸附不可控性较高，因此，上述方法存在严重的非特异性吸附问题，容易导致形成的纳米结构不干净。
基于此，目前亟需一种纳米结构的制造方法，用于解决现有技术中纳米加工技术存在非特异性吸附的问题。
发明内容
本申请提供一种纳米结构的制造方法，可用于解决现有技术中纳米加工技术存在非特异性吸附的技术问题。
第一方面，本申请实施例提供一种纳米结构的制造方法，所述方法包括：
提供第一图案模板，所述第一图案模板包括具有低表面能的衬底和待形成的纳米图案；
根据所述待形成的纳米图案，在所述具有低表面能的衬底上写入电荷，以使所述衬底在写入电荷的区域产生化学改性，形成具有高表面能的第一纳米图案；
在所述具有高表面能的第一纳米图案所在的区域引入第一纳米颗粒，形成第一纳米结构。
可选地，在所述形成第一纳米结构之后，所述方法还包括：
采用定位系统确定所述第一纳米结构的空间位置；
根据所述第一纳米结构之间的空间位置，调整二次形成的纳米图案的位置信息；所述位置信息包括位置坐标、图案方向和图案尺寸中的至少一项；
根据调整后的二次形成的纳米图案的位置信息，在所述具有低表面能的衬底上写入电荷，以使所述衬底在写入电荷的区域产生化学改性，形成具有高表面能的第二纳米图案；
在所述具有高表面能的第二纳米图案所在的区域引入第二纳米颗粒，形成第二纳米结构；
组装所述第一纳米结构和所述第二纳米结构，得到复合纳米结构。
可选地，所述第一纳米颗粒为原子、分子、离子、团簇、半导体量子点、金属纳米颗粒、绝缘体纳米颗粒、超顺磁纳米颗粒中的任意一项；
所述第二纳米颗粒为原子、分子、离子、团簇、半导体量子点、金属纳米颗粒、绝缘体纳米颗粒、超顺磁纳米颗粒中除所述第一纳米颗粒以外的任意一项。
可选地，在所述形成第一纳米图案之前，还包括：
在导电衬底上涂覆一层具有低表面能的驻极体薄层，组成所述具有低表面能的衬底。
可选地，所述具有低表面能的衬底为含氟的化合物制成的具有低表面能的衬底、含氟的聚合物制成的具有低表面能的衬底、含氯的化合物制成的具有低表面能的衬底、含氯的聚合物制成的具有低表面能的衬底中的任意一项。
可选地，在所述具有低表面能的衬底上写入电荷，以使所述衬底在写入电荷的区域产生化学改性，形成具有高表面能的第一纳米图案，包括：
根据所述待形成的纳米图案，采用导电的纳米探针在所述具有低表面能的衬底上写入电荷，以使所述衬底在写入电荷的区域产生化学改性，形成所述具有高表面能的第一纳米图案。
可选地，在所述具有低表面能的衬底上写入电荷，以使所述衬底在写入电荷的区域产生化学改性，形成具有高表面能的第一纳米图案，包括：
根据所述待形成的纳米图案，采用导电的纳米印章在与所述具有低表面能的衬底接触的区域写入电荷，以使所述衬底在写入电荷的区域产生化学改性，形成所述具有高表面能的第一纳米图案。
可选地，在所述具有低表面能的衬底上写入电荷，以使所述衬底在写入电荷的区域产生化学改性，形成具有高表面能的第一纳米图案，包括：
根据所述待形成的纳米图案，采用施加电子束的方式在所述具有低表面能的衬底上写入电荷，以使所述衬底在写入电荷的区域产生化学改性，形成所述具有高表面能的第一纳米图案。
可选地，在所述具有低表面能的衬底上写入电荷，以使所述衬底在写入电荷的区域产生化学改性，形成具有高表面能的第一纳米图案，包括：
根据所述待形成的纳米图案，采用施加离子束的方式在所述具有低表面能的衬底上写入电荷，以使所述衬底在写入电荷的区域产生化学改性，形成所述具有高表面能的第一纳米图案。
可选地，在所述具有高表面能的第一纳米图案所在的区域引入第一纳米颗粒，形成第一纳米结构，包括：
将由所述第一纳米颗粒组成的溶液滴在所述具有高表面能的第一纳米图案所在的区域，同时按照预设的旋转速度以所述衬底的中心轴线为旋转轴转动所述衬底，形成所述第一纳米结构；所述衬底的中心轴线为垂直于所述衬底所在的平面且穿过所述衬底的中心点的轴线。
第二方面，本申请还提供了一种纳米结构的制造装置，所述装置包括模板提供单元、电荷注入单元和纳米颗粒引入单元；
所述模板提供单元，用于提供第一图案模板，所述第一图案模板包括具有低表面能的衬底和待形成的纳米图案；
所述电荷注入单元，用于根据所述待形成的纳米图案，在所述具有低表面能的衬底上写入电荷，以使所述衬底在写入电荷的区域产生化学改性，形成具有高表面能的第一纳米图案；
所述纳米颗粒引入单元，用于在所述具有高表面能的第一纳米图案所在的区域引入第一纳米颗粒，形成第一纳米结构。
可选地，所述装置还包括定位单元和组装单元；
所述定位单元，用于采用定位系统确定所述第一纳米结构的空间位置；以及，根据所述第一纳米结构之间的空间位置，调整二次形成的纳米图案的位置信息；所述位置信息包括位置坐标、图案方向和图案尺寸中的至少一项；
所述电荷注入单元，还用于根据调整后的二次形成的纳米图案的位置信息，在所述具有低表面能的衬底上写入电荷，以使所述衬底在写入电荷的区域产生化学改性，形成具有高表面能的第二纳米图案；
所述纳米颗粒引入单元，用于在所述具有高表面能的第二纳米图案所在的区域引入第二纳米颗粒，形成第二纳米结构；
所述组装单元，用于组装所述第一纳米结构和所述第二纳米结构，得到复合纳米结构。
可选地，所述第一纳米颗粒为原子、分子、离子、团簇、半导体量子点、金属纳米颗粒、绝缘体纳米颗粒、超顺磁纳米颗粒中的任意一项；
所述第二纳米颗粒为原子、分子、离子、团簇、半导体量子点、金属纳米颗粒、绝缘体纳米颗粒、超顺磁纳米颗粒中除所述第一纳米颗粒以外的任意一项。
可选地，所述模板提供单元具体用于：
在导电衬底上涂覆一层具有低表面能的驻极体薄层，组成所述具有低表面能的衬底。
可选地，所述具有低表面能的衬底为含氟的化合物制成的具有低表面能的衬底、含氟的聚合物制成的具有低表面能的衬底、含氯的化合物制成的具有低表面能的衬底、含氯的聚合物制成的具有低表面能的衬底中的任意一项。
可选地，所述电荷注入单元具体用于：
根据所述待形成的纳米图案，采用导电的纳米探针在所述具有低表面能的衬底上写入电荷，以使所述衬底在写入电荷的区域产生化学改性，形成所述具有高表面能的第一纳米图案。
可选地，所述电荷注入单元具体用于：
根据所述待形成的纳米图案，采用导电的纳米印章在与所述具有低表面能的衬底接触的区域写入电荷，以使所述衬底在写入电荷的区域产生化学改性，形成所述具有高表面能的第一纳米图案。
可选地，所述电荷注入单元具体用于：
根据所述待形成的纳米图案，采用施加电子束的方式在所述具有低表面能的衬底上写入电荷，以使所述衬底在写入电荷的区域产生化学改性，形成所述具有高表面能的第一纳米图案。
可选地，所述电荷注入单元具体用于：
根据所述待形成的纳米图案，采用施加离子束的方式在所述具有低表面能的衬底上写入电荷，以使所述衬底在写入电荷的区域产生化学改性，形成所述具有高表面能的第一纳米图案。
可选地，所述纳米颗粒引入单元具体用于：
将由所述第一纳米颗粒组成的溶液滴在所述具有高表面能的第一纳米图案所在的区域，同时按照预设的旋转速度以所述衬底的中心轴线为旋转轴转动所述衬底，形成所述第一纳米结构；所述衬底的中心轴线为垂直于所述衬底所在的平面且穿过所述衬底的中心点的轴线。
第三方面，本申请还提供了一种纳米结构的制造设备，包括存储器、一个或多个处理器以及一个或多个程序，其中，所述一个或多个程序在由所述一个或多个处理器执行时执行下述操作：
提供第一图案模板，所述第一图案模板包括具有低表面能的衬底和待形成的纳米图案；
根据所述待形成的纳米图案，在所述具有低表面能的衬底上写入电荷，以使所述衬底在写入电荷的区域产生化学改性，形成具有高表面能的第一纳米图案；
在所述具有高表面能的第一纳米图案所在的区域引入第一纳米颗粒，形成第一纳米结构。
第四方面，本申请还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机可执行指令，所述计算机可执行指令响应于执行使得纳米结构的制造设备执行操作，所述操作包括：
提供第一图案模板，所述第一图案模板包括具有低表面能的衬底和待形成的纳米图案；
根据所述待形成的纳米图案，在所述具有低表面能的衬底上写入电荷，以使所述衬底在写入电荷的区域产生化学改性，形成具有高表面能的第一纳米图案；
在所述具有高表面能的第一纳米图案所在的区域引入第一纳米颗粒，形成第一纳米结构。
第五方面，本申请还提供了一种计算机程序产品。当其在纳米结构的制造设备上运行时，使得纳米结构的制造设备执行操作，所述操作包括：
提供第一图案模板，所述第一图案模板包括具有低表面能的衬底和待形成的纳米图案；
根据所述待形成的纳米图案，在所述具有低表面能的衬底上写入电荷，以使所述衬底在写入电荷的区域产生化学改性，形成具有高表面能的第一纳米图案；
在所述具有高表面能的第一纳米图案所在的区域引入第一纳米颗粒，形成第一纳米结构。
本申请实施例中，由于衬底本身是具有低表面能的，而第一纳米图案是采用写入电荷的方式，使得衬底表面的化学键断裂，产生化学改性，从而能够在衬底上形成具有高表面能的第一纳米图案。因此，在引入第一纳米颗粒时，第一纳米颗粒在高表面能的作用下，可以精确吸附在第一纳米图案所在的区域，而衬底上除第一纳米图案以外的区域的表面能较低，不会吸附第一纳米颗粒，能够提高纳米结构的精度，也不会产生现有技术中的非特异性吸附的问题，与现有的纳米结构的制造方法相比，采用本申请实施例提供的方法制成的纳米结构更加干净。
附图说明
图1为本申请实施例提供的一种纳米结构的制造方法所对应的流程示意图；
图2为本申请实施例提供的一种具有低表面能的衬底的结构示意图；
图3a为本申请实施例提供的一种形成纳米图案的示意图之一；
图3b为本申请实施例提供的一种形成纳米图案的示意图之一；
图3c为本申请实施例提供的一种形成纳米图案的示意图之一；
图4a为本申请实施例提供的采用旋涂法引入纳米颗粒的示意图；
图4b为本申请实施例提供的采用涂覆法引入纳米颗粒的示意图；
图4c为本申请实施例提供的采用提拉法引入纳米颗粒的示意图；
图4d为本申请实施例提供的采用气相喷涂法引入纳米颗粒的示意图；
图5为本申请实施例中纳米颗粒组装的示意图；
图6为本申请实施例提供的一种复合纳米结构的制造方法所对应的流程示意图；
图7为本申请还提供了一种纳米结构的制造装置的结构示意图；
图8为本申请还提供了一种纳米结构的制造设备的结构示意图；
图9为本申请实施例提供的用于制造纳米结构的计算机程序的结构示意图。
具体实施方式
为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本申请实施方式作进一步地详细描述。
图1示例性示出了本申请实施例提供的一种纳米结构的制造方法所对应的流程示意图。如图1所示，具体包括如下步骤：
步骤101，提供第一图案模板。
步骤102，根据待形成的纳米图案，在具有低表面能的衬底上写入电荷，以使所述衬底在写入电荷的区域产生化学改性，形成具有高表面能的第一纳米图案。
步骤103，在具有高表面能的第一纳米图案所在的区域引入第一纳米颗粒，形成第一纳米结构。
本申请实施例中，由于衬底本身是具有低表面能的，而第一纳米图案是采用写入电荷的方式使得衬底表面的化学键断裂，产生化学改性，从而能够在衬底上形成具有高表面能的第一纳米图案。因此，在引入第一纳米颗粒时，第一纳米颗粒在高表面能的作用下，可以精确吸附在第一纳米图案所在的区域，而衬底上除第一纳米图案以外的区域的表面能较低，不会吸附第一纳米颗粒，能够提高纳米结构的精度，也不会产生现有技术中的非特异性吸附的问题，与现有的纳米结构的制造方法相比，采用本申请实施例提供的方法制成的纳米结构更加干净。
在执行步骤101之后，可以先制备具有低表面能的衬底。具体来说，可以在导电衬底上涂覆一层具有低表面能的驻极体薄层，从而组成具有低表面能的衬底。
其中，驻极体可以指的是一种电介质材料，它具备几乎永久的电荷或极化的保存能力，可以在其内部和外部产生电场。比如，铁电材料，聚合物材料等都是驻极体。
进一步地，采用上述方法制成的衬底的结构如图2所示，为本申请实施例提供的一种具有低表面能的衬底的结构示意图。其中，在导电衬底的表面涂覆有一层驻极体薄层。
更进一步地，驻极体薄层可以为多种类型的驻极体材料，从而可以制备多种类型的具有低表面能的衬底。例如，驻极体薄层可以为含氟的驻极体化合物；或者，也可以为含氟的驻极体聚合物；或者，也可以为含氯的驻极体化合物；或者，还可以含氯的驻极体聚合物。
步骤101中，第一图案模板可以包括具有低表面能的衬底和待形成的纳米图案。
其中，表面能可以是指恒温、恒压、恒组成的情况下，可逆地增加物系表面积须对物质所做的非体积功；换言之，表面能可以是表面粒子相对于内部粒子所多出的能量。
步骤102中，在衬底上写入电荷，从而形成第一纳米图案的方法有多种。一个示例中，如图3a所示，为本申请实施例提供的一种形成纳米图案的示意图之一。具体来说，可以根据待形成的纳米图案，采用导电的纳米探针在具有低表面能的衬底上写入电荷，从而形成具有高表面能的第一纳米图案。
其中，导电的纳米探针可以是导电原子力显微镜探针。
又一个示例中，如图3b所示，为本申请实施例提供的一种形成纳米图案的示意图之二。具体来说，可以根据待形成的纳米图案，采用导电的纳米印章对与具有低表面能的衬底接触的区域施加电压，以写入电荷，从而形成具有高表面能的第一纳米图案。
其中，导电的纳米印章可以为刻有预设的第一图案模板的金属或半导体模板，或者可以为刻有预设的第一图案模板且表面镀有导电金属层的氧化物模板，或者可以为刻有预设的第一图案模板且表面镀有导电金属层的聚合物模板，具体不做限定。
又一个示例中，如图3c示，为本申请实施例提供的一种形成纳米图案的示意图之三。具体来说，可以根据待形成的纳米图案，在具有低表面能的衬底上施加电子束或离子束，以写入电荷，从而形成具有高表面能的第一纳米图案。
在其它可能的示例中，也可以采用其它方法在衬底上写入电荷，具体不做限定。
需要说明的是，无论是上述哪种示例给出的写入电荷的方法，所形成的第一纳米图案可以直接由开尔文探针技术(Kalvin Probe Force Microscope，KPFM)测量。在写入电荷的过程中，电子或离子会导致衬底出现表面改性的现象，以衬底表面装饰有含氟(或含氯)化合物为例，电子或离子会导致含氟(或含氯)化合物的改性，从而能够提高所形成的第一纳米图案所在的区域的表面能，进而可以使得该第一纳米图案所在的区域易于吸附第一纳米颗粒。进而，由于高表面能对应高摩擦力(即切向力)，第一纳米图案可直接由原子力显微镜的切向力模式进行表征。
相比于传统的纳米图案的制备方法，本申请实施例中可以直接写入电荷制备纳米图案，无需引入新的材料(比如现有的基于表面化学改性的方法制备的纳米图案，需要引入化学材料)，本申请的制备方法更加简便快捷。
步骤103中，第一纳米颗粒可以采用多种方法引入到具有高表面能的第一纳米图案所在的区域，例如，可以采用旋涂法引入纳米颗粒，或者也可以采用涂覆法引入纳米颗粒，或者也可以采用提拉法引入纳米颗粒，或者还可以采用气相喷涂发引入纳米颗粒，具体不做限定。
以旋涂法为例，如图4a所示，为本申请实施例提供的采用旋涂法引入纳米颗粒的示意图。具体来说，可以将由第一纳米颗粒组成的溶液滴在具有高表面能的第一纳米图案所在的区域，同时按照预设的旋转速度以衬底的中心轴线(图4a中示出的L轴)为旋转轴转动衬底，从而形成第一纳米结构。其中，衬底的中心轴线为垂直于衬底所在的平面且穿过衬底的中心点(图4a中示出的O点)的轴线。
进一步地，预设的旋转速度可以设置在1000转/分钟至10000转/每分钟的范围内，本领域技术人员可以根据实际需要来确定旋转速度的取值，具体不做限定。
以涂覆法为例，如图4b所示，为本申请实施例提供的采用涂覆法引入纳米颗粒的示意图。具体来说，可以使用刷子将由第一纳米颗粒组成的溶液刷在具有高表面能的第一纳米图案所在的区域，从而形成第一纳米结构。
以提拉法为例，如图4c所示，为本申请实施例提供的采用提拉法引入纳米颗粒的示意图。具体来说，可以将衬底浸入由第一纳米颗粒组成的溶液中，如此，第一纳米颗粒被吸附到具有高表面能的第一纳米图案所在的区域，从而形成第一纳米结构。
以气相喷涂法为例，如图4d所示，为本申请实施例提供的采用气相喷涂法引入纳米颗粒的示意图。具体来说，喷枪中存放有由第一纳米颗粒组成的气体，然后使用喷枪向具有高表面能的第一纳米图案所在的区域喷射该气体，从而形成第一纳米结构。
需要说明的是，由于本申请实施例提供的纳米结构的制造方法不存在非特异性吸附的问题，因此，上述四种纳米颗粒的引入方法均可实现纳米颗粒在大面积纳米图案上均匀且快速的引入。本领域技术人员可以根据实际情况选择合适的纳米颗粒的引入方法，具体不做限定。
进一步地，第一纳米颗粒被引入后，将自行在第一纳米图案所在区域进行组装，从而形成第一纳米结构。如图5所示，为本申请实施例中纳米颗粒组装的示意图。具体组装过程涉及到两个过程，过程一是第一纳米颗粒被静电诱导在第一纳米图案附近，并实现快速富集；过程二是富集在一起的纳米颗粒由于衬底在第一纳米图案所在的区域和除第一纳米图案以外的其它区域之间表面能存在差异，第一纳米颗粒将选择性的吸附于高表面能区域，即吸附于第一纳米图案所在的区域。
在具体的表面吸附过程中，第一纳米颗粒将选择性的吸附于高表面能区域是由于衬底的表面能的调制，由于第一纳米图案所在的区域被改性，有着更高的表面能，相对衬底上除第一纳米图案以外的区域(即未被改性的区域)，第一纳米颗粒将有选择的吸附在被改性区域。
并且，上述过程属于物理吸附，与现有的表面化学改性的方法相比，本申请实施例提供的方法不依赖于特定的化学官能团间的非特异性性吸附，因此，该过程对纳米颗粒的表面也没有要求。这一点上与其它依赖于表面改性的方法有着本质不同。同时，由于未改性区域表面能低，不会吸附纳米颗粒，因此，本申请实施例提供的方法可以解决现有技术中的纳米结构存在非特异性吸附的问题。
在具体的静电诱导使得纳米颗粒富集过程中，如果衬底本身携带电荷，则纳米颗粒主要受到两种静电作用力，一种作用力是衬底所携带的电荷与纳米颗粒所携带的电荷之间的库伦力，另一种作用力是纳米颗粒在非均匀电场中受到的梯度力。如果衬底本身不携带电荷，则纳米颗粒主要受到梯度力的作用。
进一步地，在梯度力的作用下，第一纳米颗粒被推向第一纳米图案所在的区域，这一过程与纳米颗粒本身是否携带电荷无关。如此，采用本申请实施例提供的纳米结构的制造方法，无需考虑纳米颗粒的材料，适用范围较广。
需要说明的是，对于携带电荷的纳米颗粒，由于同种纳米颗粒(即纳米颗粒同携带正电荷，或同携带负电荷)相互排斥，故纳米颗粒可组装成单分散颗粒构成的纳米结构；对于不携带电荷的纳米颗粒，由于各纳米颗粒之间不存在静电排斥作用，故纳米颗粒可组装成密排的纳米结构，这就可以实现制造需要连续结构的应用(比如电极，波导等)。
在执行步骤103之后，本申请实施例还提供一种复合纳米结构的制造方法，如图6所示，为本申请实施例提供的一种复合纳米结构的制造方法所对应的流程示意图，具体包括如下步骤：
步骤601，采用定位系统确定所述第一纳米结构的空间位置。
其中，显微镜探针可以是导电的原子力显微镜探针。
步骤602，根据第一纳米结构之间的空间位置，调整二次形成的纳米图案的位置信息。
其中，二次形成的纳米图案的位置信息可以包括二次形成的纳米图案的位置坐标、二次形成的纳米图案的图案方向和二次形成的纳米图案的图案尺寸中的至少一项。
采用上述第一纳米结构之间的空间位置来调整第二图案模板，可以保证第二纳米结构与第一纳米结构之间的精确对准。
步骤603，根据调整后的二次形成的纳米图案的位置信息，在具有低表面能的衬底上写入电荷，以使所述衬底在写入电荷的区域产生化学改性，形成具有高表面能的第二纳米图案。
步骤604，在具有高表面能的第二纳米图案所在的区域引入第二纳米颗粒，以使所述衬底在写入电荷的区域产生化学改性，形成第二纳米结构。
其中，第二纳米结构的制造方法与上文所描述的第一纳米结构的制造方法类似，此处不再详细描述。
步骤605，组装第一纳米结构和所述第二纳米结构，得到复合纳米结构。
本申请实施例提供的复合纳米结构的制造方法，相比于现有技术中的纳米结构由于存在非特异性吸附的问题，在组装成复合纳米结构的过程中，非特异性吸附造成的缺陷将被累计放大，因此，现有的复合纳米结构精度较低。而本申请实施例中，第一纳米结构在形成的过程中无非特异性吸附的问题，具有极高的特异性，适合多次组装纳米结构，从而形成复合纳米结构。进一步地，本申请实施例中，纳米图案的制备仅依靠电荷制备，无需对衬底形貌进行改变，也无需引入新的化学材料作为模板，从而适合多次组装纳米结构。
需要说明的是，图6示出的复合纳米结构的制造方法仅为一种示例，在其它可能的示例中，步骤601中也可以通过预先设计的标记物来来实现，具体可以使用光学显微镜(或电子显微镜、或扫描探针显微镜)精确确定标记的位置，并利用其对第二纳米图案的尺寸进行对准。
本申请实施例中，第一纳米颗粒可以为多种类型的材料制成的纳米颗粒，比如，可以为原子、分子、离子、团簇、半导体量子点、金属纳米颗粒、绝缘体纳米颗粒、超顺磁纳米颗粒中的任意一项，具体不做限定。
第二纳米颗粒的材料可以与第一纳米颗粒相同，也可以不同。考虑到复合纳米结构中通常存在材料不同的纳米结构，基于此，第二纳米颗粒可以为原子、分子、离子、团簇、半导体量子点、金属纳米颗粒、绝缘体纳米颗粒、超顺磁纳米颗粒中除所述第一纳米颗粒以外的任意一项，具体不做限定。
进一步地，纳米颗粒的材料可以是液相的，从而可以在液-固界面形成纳米结构，如图4a、图4b和图4c示出的示意图中，液态的纳米颗粒在固态的衬底上形成纳米结构；或者，纳米颗粒也可以是气相的，从而在气-固界面形成纳米结构，如图4d示出的示意图中，液态的纳米颗粒在固态的衬底上形成纳米结构。
更进一步地，采用本申请提供的方法制造的纳米结构，该纳米结构的尺寸由纳米颗粒的尺寸和纳米图案的尺寸决定的，而纳米颗粒的尺寸和纳米图案的尺寸均可达到10纳米以下，甚至到1纳米尺度，因此本申请中的制造方法可以高速度、高精度、低成本地实现更高精度的纳米结构的制造。
本申请实施例中，所形成的纳米结构的尺寸可通过调节制造过程中的参数(该参考可以包括纳米图案的尺寸、写入电荷所需的电压、纳米颗粒组成的溶液的浓度以及引入纳米颗粒的方式和参数)来调节。举个例子，本申请实施例中，可以固定纳米图案的尺寸、纳米颗粒组成的溶液的浓度以及引入纳米颗粒的方式和参数，但改变写入电荷所需的电压，可以实现对纳米结构的尺寸的精确调节。
本申请实施例中，所形成的纳米结构可通过转移技术转移到其它衬底上，其中，其它衬底可以是硬基底，或者也可以是柔性基底，或者还可以是已预先制备有纳米结构的衬底，具体不做限定。以荧光材料所形成的纳米结构为例，可以通过直接接触的方式将该纳米解耦股转移到其它衬底上，最终实现纳米显示的功能。
本申请实施例中，所形成的纳米结构可以通过后处理的办法实现不同器件的功能。以金属材料的纳米颗粒所形成的纳米结构为例，该纳米结构可以通过直接加热(或液相生长)的方法使得金属纳米颗粒之间产生融合，从而形成导电的纳米电极。
图7示例性示出了本申请还提供了一种纳米结构的制造装置的结构示意图，如图7所示，所述装置包括模板提供单元701、电荷注入单元702、纳米颗粒引入单元703、定位单元704和组装单元705；其中，
所述模板提供单元701，用于提供第一图案模板，所述第一图案模板包括具有低表面能的衬底和待形成的纳米图案；
所述电荷注入单元702，用于根据所述待形成的纳米图案，在所述具有低表面能的衬底上写入电荷，以使所述衬底在写入电荷的区域产生化学改性，形成具有高表面能的第一纳米图案；
所述纳米颗粒引入单元703，用于在所述具有高表面能的第一纳米图案所在的区域引入第一纳米颗粒，形成第一纳米结构。
可选地，所述定位单元704，用于用定位系统确定所述第一纳米结构的空间位置；以及，根据所述第一纳米结构之间的空间位置，调整二次形成的纳米图案的位置信息；所述位置信息包括位置坐标、图案方向和图案尺寸中的至少一项；
所述电荷注入单元702，还用于根据调整后的二次形成的纳米图案的位置信息，在所述具有低表面能的衬底上写入电荷，以使所述衬底在写入电荷的区域产生化学改性，形成具有高表面能的第二纳米图案；
所述纳米颗粒引入单元703，用于在所述具有高表面能的第二纳米图案所在的区域引入第二纳米颗粒，形成第二纳米结构；
所述组装单元705，用于组装所述第一纳米结构和所述第二纳米结构，得到复合纳米结构。
可选地，所述第一纳米颗粒为原子、分子、离子、团簇、半导体量子点、金属纳米颗粒、绝缘体纳米颗粒、超顺磁纳米颗粒中的任意一项；
所述第二纳米颗粒为原子、分子、离子、团簇、半导体量子点、金属纳米颗粒、绝缘体纳米颗粒、超顺磁纳米颗粒中除所述第一纳米颗粒以外的任意一项。
可选地，所述模板提供单元701具体用于：
在导电衬底上涂覆一层具有低表面能的驻极体薄层，组成所述具有低表面能的衬底。
可选地，所述具有低表面能的衬底为含氟的化合物制成的具有低表面能的衬底、含氟的聚合物制成的具有低表面能的衬底、含氯的化合物制成的具有低表面能的衬底、含氯的聚合物制成的具有低表面能的衬底中的任意一项。
可选地，所述电荷注入单元702具体用于：
根据所述待形成的纳米图案，采用导电的纳米探针在所述具有低表面能的衬底上写入电荷，以使所述衬底在写入电荷的区域产生化学改性，形成所述具有高表面能的第一纳米图案。
可选地，所述电荷注入单元702具体用于：
根据所述待形成的纳米图案，采用导电的纳米印章在与所述具有低表面能的衬底接触的区域写入电荷，以使所述衬底在写入电荷的区域产生化学改性，形成所述具有高表面能的第一纳米图案。
可选地，所述电荷注入单元702具体用于：
根据所述待形成的纳米图案，采用施加电子束的方式在所述具有低表面能的衬底上写入电荷，以使所述衬底在写入电荷的区域产生化学改性，形成所述具有高表面能的第一纳米图案。
可选地，所述电荷注入单元702具体用于：
根据所述待形成的纳米图案，采用施加离子束的方式在所述具有低表面能的衬底上写入电荷，以使所述衬底在写入电荷的区域产生化学改性，形成所述具有高表面能的第一纳米图案。
可选地，所述纳米颗粒引入单元703具体用于：
将由所述第一纳米颗粒组成的溶液滴在所述具有高表面能的第一纳米图案所在的区域，同时按照预设的旋转速度以所述衬底的中心轴线为旋转轴转动所述衬底，形成所述第一纳米结构；所述衬底的中心轴线为垂直于所述衬底所在的平面且穿过所述衬底的中心点的轴线。
采用本申请实施例的纳米结构的制造装置，由于衬底本身是具有低表面能的，而第一纳米图案是采用写入电荷的方式使得衬底表面的化学键断裂，产生化学改性，从而能够在衬底上形成具有高表面能的第一纳米图案。因此，在引入第一纳米颗粒时，第一纳米颗粒在高表面能的作用下，可以精确吸附在第一纳米图案所在的区域，而衬底上除第一纳米图案以外的区域的表面能较低，不会吸附第一纳米颗粒，能够提高纳米结构的精度，也不会产生现有技术中的非特异性吸附的问题，与现有的纳米结构的制造方法相比，采用本申请实施例提供的方法制成的纳米结构更加干净。
图8示例性示出了本申请还提供了一种纳米结构的制造设备的结构示意图，如图8所示，本申请实施例的纳米结构的制造设备包括：存储器801、一个或多个处理器802以及一个或多个程序803。
其中，所述一个或多个程序803在由一个或多个处理器802执行时执行上述实施例中的任意一种方法。
采用本申请实施例的纳米结构的制造设备，由于衬底本身是具有低表面能的，而第一纳米图案是采用写入电荷的方式使得衬底表面的化学键断裂，产生化学改性，从而能够在衬底上形成具有高表面能的第一纳米图案。因此，在引入第一纳米颗粒时，第一纳米颗粒在高表面能的作用下，可以精确吸附在第一纳米图案所在的区域，而衬底上除第一纳米图案以外的区域的表面能较低，不会吸附第一纳米颗粒，能够提高纳米结构的精度，也不会产生现有技术中的非特异性吸附的问题，与现有的纳米结构的制造方法相比，采用本申请实施例提供的方法制成的纳米结构更加干净。
图9为本申请实施例提供的用于制造纳米结构的计算机程序的结构示意图。如图9所示，本申请实施例的用于制造纳米结构的计算机程序产品901，可以包括信号承载介质902。信号承载介质902可以包括一个或更多个指令903，该指令903在由例如处理器执行时，处理器可以提供以上针对图1描述的功能。例如，指令903可以包括：用于提供第一图案模板的一个或多个指令；用于形成具有高表面能的第一纳米图案的一个或多个指令；以及用于形成第一纳米结构的一个或多个指令。因此，例如，参照图1，纳米结构的制造装置可以响应于指令93来进行图1中所示的步骤中的一个或更多个。
在一些实现中，信号承载介质902可以包括计算机可读介质904，诸如但不限于硬盘驱动器、压缩盘(CD)、数字通用盘(DVD)、数字带、存储器等。在一些实现中，信号承载介质902可以包括可记录介质905，诸如但不限于存储器、读/写(R/W)CD、R/W DVD等。在一些实现中，信号承载介质902可以包括通信介质906，诸如但不限于数字和/或模拟通信介质(例如，光纤线缆、波导、有线通信链路、无线通信链路等)。因此，例如，计算机程序产品901可以通过RF信号承载介质902传送给纳米结构的制造装置的一个或多个模块，其中，信号承载介质902由无线通信介质(例如，符合IEEE 802.11标准的无线通信介质)传送。
本申请实施例的计算机程序产品，由于衬底本身是具有低表面能的，而第一纳米图案是采用写入电荷的方式使得衬底表面的化学键断裂，产生化学改性，从而能够在衬底上形成具有高表面能的第一纳米图案。因此，在引入第一纳米颗粒时，第一纳米颗粒在高表面能的作用下，可以精确吸附在第一纳米图案所在的区域，而衬底上除第一纳米图案以外的区域的表面能较低，不会吸附第一纳米颗粒，能够提高纳米结构的精度，也不会产生现有技术中的非特异性吸附的问题，与现有的纳米结构的制造方法相比，采用本申请实施例提供的方法制成的纳米结构更加干净。
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。
本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本公开的其它实施方案。本申请旨在涵盖本公开的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本公开的一般性原理并包括本公开未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本公开的真正范围和精神由下面的权利要求指出。
应当理解的是，本公开并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本公开的范围仅由所附的权利要求来限制。
Claims (10)
1.一种纳米结构的制造方法，其特征在于，所述方法包括：
提供第一图案模板，所述第一图案模板包括具有低表面能的衬底和待形成的纳米图案；
根据所述待形成的纳米图案，在所述具有低表面能的衬底上写入电荷，以使所述衬底在写入电荷的区域产生化学改性，形成具有高表面能的第一纳米图案；
在所述具有高表面能的第一纳米图案所在的区域引入第一纳米颗粒，形成第一纳米结构。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述形成第一纳米结构之后，所述方法还包括：
采用定位系统确定所述第一纳米结构的空间位置；
根据所述第一纳米结构之间的空间位置，调整二次形成的纳米图案的位置信息；所述位置信息包括位置坐标、图案方向和图案尺寸中的至少一项；
根据调整后的二次形成的纳米图案的位置信息，在所述具有低表面能的衬底上写入电荷，以使所述衬底在写入电荷的区域产生化学改性，形成具有高表面能的第二纳米图案；
在所述具有高表面能的第二纳米图案所在的区域引入第二纳米颗粒，以使所述衬底在写入电荷的区域产生化学改性，形成第二纳米结构；
组装所述第一纳米结构和所述第二纳米结构，得到复合纳米结构。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述第一纳米颗粒为原子、分子、离子、团簇、半导体量子点、金属纳米颗粒、绝缘体纳米颗粒、超顺磁纳米颗粒中的任意一项；
所述第二纳米颗粒为原子、分子、离子、团簇、半导体量子点、金属纳米颗粒、绝缘体纳米颗粒、超顺磁纳米颗粒中除所述第一纳米颗粒以外的任意一项。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述形成第一纳米图案之前，还包括：
在导电衬底上涂覆一层具有低表面能的驻极体薄层，组成所述具有低表面能的衬底。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述具有低表面能的衬底为含氟的化合物制成的具有低表面能的衬底、含氟的聚合物制成的具有低表面能的衬底、含氯的化合物制成的具有低表面能的衬底、含氯的聚合物制成的具有低表面能的衬底中的任意一项。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其特征在于，在所述具有低表面能的衬底上写入电荷，以使所述衬底在写入电荷的区域产生化学改性，形成具有高表面能的第一纳米图案写入电荷，包括：
根据所述待形成的纳米图案，采用导电的纳米探针在所述具有低表面能的衬底上写入电荷，以使所述衬底在写入电荷的区域产生化学改性，形成所述具有高表面能的第一纳米图案。
7.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其特征在于，在所述具有低表面能的衬底上写入电荷，以使所述衬底在写入电荷的区域产生化学改性，形成具有高表面能的第一纳米图案，包括：
根据所述待形成的纳米图案，采用导电的纳米印章在与所述具有低表面能的衬底接触的区域写入电荷，以使所述衬底在写入电荷的区域产生化学改性，形成所述具有高表面能的第一纳米图案。
8.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其特征在于，在所述具有低表面能的衬底上写入电荷，以使所述衬底在写入电荷的区域产生化学改性，形成具有高表面能的第一纳米图案，包括：
根据所述待形成的纳米图案，采用施加电子束的方式在与所述具有低表面能的衬底上写入电荷，以使所述衬底在写入电荷的区域产生化学改性，形成所述具有高表面能的第一纳米图案。
9.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其特征在于，在所述具有低表面能的衬底上写入电荷，以使所述衬底在写入电荷的区域产生化学改性，形成具有高表面能的第一纳米图案，包括：
根据所述待形成的纳米图案，采用施加离子束的方式在与所述具有低表面能的衬底上写入电荷，以使所述衬底在写入电荷的区域产生化学改性，形成所述具有高表面能的第一纳米图案。
10.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其特征在于，在所述具有高表面能的第一纳米图案所在的区域引入第一纳米颗粒，形成第一纳米结构，包括：
将由所述第一纳米颗粒组成的溶液滴在所述具有高表面能的第一纳米图案所在的区域，同时按照预设的旋转速度以所述衬底的中心轴线为旋转轴转动所述衬底，形成所述第一纳米结构；所述衬底的中心轴线为垂直于所述衬底所在的平面且穿过所述衬底的中心点的轴线。
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| CN112279215A (zh) * | 2020-10-16 | 2021-01-29 | 南京大学 | 微纳制造装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| WO2020237736A1 (zh) | 2020-12-03 |
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