自组装3D 胶体晶体模板法制备2D图案化微结构

摘要

具有2D图案化微结构的表面由于在微电子、光电子器件,化学、生物传感器以及控制 结晶等领域的潜在应用,已经成为当今科学研究领域的一个新热点。目前,构造图案化表面 的方法主要包括光刻法,软刻法,电子束刻蚀,X 射线刻蚀,扫描探针印刷以及压印法等。 这些方法各具优点,同时也有不足之处。例如,经典的光刻法技术成熟,应用广泛,但其分 辨率很难达到100 纳米以下；新近发展起来的纳米印刷技术,如电子束刻蚀,X 射线刻蚀, 扫描探针印刷等,印刷精度很高,然而由于其高昂的设备费用,限制了它们的应用前景。因 而,操作简便、成本低廉的图案化微结构的构造技术备受科学工作者关注。近来,我们提出 了一种胶体晶体辅助印刷方法（Colloidal Crystal-Assisted Lithography, CCAL）,以3D 胶体晶体为模板制备2D 图案化微结构。一方面,采用SiO2胶体晶体做为压印模板,CCAL 可 以构筑不同形貌的聚合物有序图案化结构。实验过程中,我们首先在硅片上旋涂一定厚度的聚 合物膜层,然后在两个涂有聚合物膜层的基片中间沉积SiO2的胶体晶体。将具有类三明治结 构的胶体晶体加热到聚合物Tg以上,同时施加一定的压力,聚合物膜层便会以胶体晶体为模 板形成图案化的微结构。另一方面,利用聚苯乙烯胶体晶体为模板,结合了化学沉积的方法, CCAL又可以在金片表面构筑图案化的银纳米结构。实验结果表明,这些银纳米结构具有很好 的拉曼增强效应,可以为拉曼增强机理的研究提供理想的研究模型。总之,CCAL不仅可以制 备多种形貌的聚合物纳/微米有序结构,而且可以构筑许多有机/无机复合、金属以及氧化物 等功能材料的纳/微结构,具有广泛的应用前景。