本發(fā)明涉及導(dǎo)電聚合物微納加工領(lǐng)域,具體是一種涉及無(wú)需高分辨率模板,結(jié)合納米壓印和等離子刻蝕技術(shù),制備高分辨率的導(dǎo)電聚合物納米線的方法。
背景技術(shù):
導(dǎo)電聚合物不僅是一種兼?zhèn)淞穗妼W(xué)、光學(xué)和磁學(xué)性質(zhì)的獨(dú)特材料,而且具備優(yōu)秀的機(jī)械加工性能,例如重量輕、容易加工、彎曲性好等特點(diǎn),因而受人們的廣泛關(guān)注。然而,傳統(tǒng)的用于制備表面導(dǎo)電聚合物圖案的方法,難以將高分辨率和低成本的方法結(jié)合在一起,因此,設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)一種能夠?qū)⒍呓Y(jié)合在一起的方法成為了一個(gè)急需攻克的難題。
納米壓印技術(shù)是一種成本低、產(chǎn)量高的技術(shù),這種技術(shù)基于在納米尺度上使阻擋層聚合物機(jī)械變形。以導(dǎo)電聚合物或?qū)щ娋酆衔锏幕旌衔餅樽钃鯇?己經(jīng)可以用納米壓印技術(shù)圖案化導(dǎo)電聚合物(J.Vac.Sci.Technol.B2001,19,487;Synth.Met.2001,121,1309)。然而,根據(jù)納米壓印的自身特點(diǎn),直接壓印方法僅適用于有玻璃化轉(zhuǎn)變溫度(Tg)或可以紫外引發(fā)交聯(lián)的導(dǎo)電聚合物,這樣導(dǎo)電聚合物的共混壓印法受到一定的限制。Dong等人(Adv.Mater.2005,17,2736)利用納米壓印技術(shù),在壓印膠表面構(gòu)筑納米溝道,在納米溝道處沉積導(dǎo)電高分子,最后洗脫壓印膠體得到高分辨率的導(dǎo)電聚合物納米線,避免了氣體刻蝕對(duì)導(dǎo)電聚合物的損壞,其傳感性能比傳統(tǒng)的傳感器體現(xiàn)出更優(yōu)異的靈敏度。在納米壓印中,高分辨率的圖案,一般情況下就得需要高分辨率的模板。然而,高分辨率的模板造價(jià)昂貴、制備手段復(fù)雜、制備過(guò)程耗時(shí),這就限制了納米壓印在制備導(dǎo)電高聚合物納米線中的應(yīng)用[38]。
本專利涉及的方法是一種新穎的結(jié)合納米壓印技術(shù)和等離子刻蝕技術(shù)制備高分辨率導(dǎo)電聚合物納米線的方法。在這里,將壓印膠旋涂在事先準(zhǔn)備好的導(dǎo)電聚合物薄膜上,然后在壓印膠表面進(jìn)行納米壓印,利用壓印過(guò)程中壓印不完充滿現(xiàn)象,用微米級(jí)模板誘導(dǎo)高分辨率納米結(jié)構(gòu)。雙脊結(jié)構(gòu)通過(guò)等離子刻蝕方法轉(zhuǎn)移到下面的導(dǎo)電聚合物膜上,制備出高分辨率的導(dǎo)電聚合物納米線。利用這種方法不僅可以保護(hù)導(dǎo)電聚合物的性能,而且還能利用廉價(jià)的大尺寸模板構(gòu)筑出高分辨率的導(dǎo)電聚合物納米線。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素:
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的上述問(wèn)題,提供了一種簡(jiǎn)單廉價(jià)制備聚(3,4-亞乙二氧基噻吩)-聚(苯乙烯磺酸)納米線的方法。本發(fā)明克服了以往工藝中對(duì)高分辨率模板的依賴,利用廉價(jià)的微米級(jí)模板構(gòu)筑出高分辨率的聚(3,4-亞乙二氧基噻吩)-聚(苯乙烯磺酸)納米線,可用于傳感器、發(fā)光二極管及超級(jí)電容器等領(lǐng)域。
本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
一種簡(jiǎn)單廉價(jià)制備聚(3,4-亞乙二氧基噻吩)-聚(苯乙烯磺酸)納米線的方法,其特征在于具體步驟如下:
(1)在基底表面生長(zhǎng)聚(3,4-亞乙二氧基噻吩)-聚(苯乙烯磺酸)薄膜,薄膜厚度控制10~50nm;
(2)在導(dǎo)聚(3,4-亞乙二氧基噻吩)-聚(苯乙烯磺酸)薄膜上旋涂壓印膠,厚度控制30~300nm;
(3)采用納米壓印技術(shù),在一定壓印溫度下,用微米級(jí)模板在壓印膠表面構(gòu)筑納米結(jié)構(gòu);
(4)利用等離子刻蝕技術(shù),把壓印膠的納米結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)移到聚(3,4-亞乙二氧基噻吩)-聚(苯乙烯磺酸)表面,制備出10~500nm的聚(3,4-亞乙二氧基噻吩)-聚(苯乙烯磺酸)納米線。
其中,步驟(1)中基底包括硅片、氧化硅片、砷化鎵片、石英片、導(dǎo)電玻璃片;步驟(2)中壓印膠包括聚甲基丙烯酸甲酯、聚苯乙烯、聚氨酷、聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚二丁烯、聚乙烯醇、聚苯乙烯-丁二烯共聚物、聚對(duì)苯乙烯-聚氧化乙烯共聚物或ABS樹(shù)脂;步驟(3)中一定的壓印溫度為比薄膜玻璃化轉(zhuǎn)變溫度高5~120℃;
本發(fā)明有益的技術(shù)效果在于:
(1)所用模板分辨率低,價(jià)格低廉,源于光刻技術(shù)所得;
(2)低分辨率模板誘導(dǎo)有序的、高分辨率的聚(3,4-亞乙二氧基噻吩)-聚(苯乙烯磺酸)納米線;
(3)制備時(shí)間短,工藝簡(jiǎn)單,產(chǎn)品收率高,可以連續(xù)化生產(chǎn);
(4)本發(fā)明也可擴(kuò)展到其功能高分子納米線的制備。
附圖說(shuō)明
圖1示出了實(shí)施例4中,樣品經(jīng)過(guò)納米壓印和等離子刻蝕處理后的聚(3,4-亞乙二氧基噻吩)-聚(苯乙烯磺酸)納米線的原子力顯微鏡照片。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例1:
首先將聚(3,4-亞乙二氧基噻吩)-聚(苯乙烯磺酸)噴涂在1×1cm2表面附有二氧化硅層的硅片表面,形成薄膜,薄膜厚度為20nm。
旋涂聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)于聚(3,4-亞乙二氧基噻吩)-聚(苯乙烯磺酸)薄膜表面,PMMA膜厚控制為150nm。在PMMA表面實(shí)施納米壓印,壓印時(shí)間為5min、壓印壓力40Bar、壓印溫度160℃,壓印模板為微米尺寸硅模板(條帶高度500nm、條帶寬度3μm、條帶間隔1μm)。
壓印結(jié)束后,得到尺寸小于模板的PMMA雙脊結(jié)構(gòu)。然后利用等離子刻蝕技術(shù)將PMMA結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)移到聚(3,4-亞乙二氧基噻吩)-聚(苯乙烯磺酸)表面,刻蝕條件為:O2流量為0.05L/min,腔體的壓力為9mTorr,刻蝕的功率為50W,刻蝕的時(shí)間為90s,得到430.7nm的聚(3,4-亞乙二氧基噻吩)-聚(苯乙烯磺酸)納米線。
實(shí)施例2:
首先將聚(3,4-亞乙二氧基噻吩)-聚(苯乙烯磺酸)噴涂在1×1cm2表面附有二氧化硅層的硅片表面,形成薄膜,薄膜厚度為20nm。
旋涂聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)于聚(3,4-亞乙二氧基噻吩)-聚(苯乙烯磺酸)薄膜表面,PMMA膜厚控制為35nm。在PMMA表面實(shí)施納米壓印,壓印時(shí)間為5min、壓印壓力40Bar、壓印溫度160℃,壓印模板為微米尺寸硅模板(條帶高度500nm、條帶寬度3μm、條帶間隔1μm)。
壓印結(jié)束后,得到尺寸小于模板的PMMA雙脊結(jié)構(gòu)。然后利用等離子刻蝕技術(shù)將PMMA結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)移到聚(3,4-亞乙二氧基噻吩)-聚(苯乙烯磺酸)表面,刻蝕條件為:O2流量為0.05L/min,腔體的壓力為9mTorr,刻蝕的功率為50W,刻蝕的時(shí)間為100s,得到117.3nm的聚(3,4-亞乙二氧基噻吩)-聚(苯乙烯磺酸)納米線。
實(shí)施例3:
首先將聚(3,4-亞乙二氧基噻吩)-聚(苯乙烯磺酸)噴涂在1×1cm2表面附有二氧化硅層的硅片表面,形成薄膜,薄膜厚度為20nm。
旋涂聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)于聚(3,4-亞乙二氧基噻吩)-聚(苯乙烯磺酸)薄膜表面,PMMA膜厚控制為35nm。在PMMA表面實(shí)施納米壓印,壓印時(shí)間為5min、壓印壓力40Bar、壓印溫度160℃,壓印模板為微米尺寸硅模板(條帶高度500nm、條帶寬度3μm、條帶間隔1μm)。
壓印結(jié)束后,得到尺寸小于模板的PMMA雙脊結(jié)構(gòu)。然后利用等離子刻蝕技術(shù)將PMMA結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)移到聚(3,4-亞乙二氧基噻吩)-聚(苯乙烯磺酸)表面,刻蝕條件為:O2流量為0.05L/min,腔體的壓力為9mTorr,刻蝕的功率為50W,刻蝕的時(shí)間為110s,得到100.5nm的聚(3,4-亞乙二氧基噻吩)-聚(苯乙烯磺酸)納米線。
實(shí)施例4:
首先將聚(3,4-亞乙二氧基噻吩)-聚(苯乙烯磺酸)噴涂在1×1cm2表面附有二氧化硅層的硅片表面,形成薄膜,薄膜厚度為20nm。
旋涂聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)于聚(3,4-亞乙二氧基噻吩)-聚(苯乙烯磺酸)薄膜表面,PMMA膜厚控制為35nm。在PMMA表面實(shí)施納米壓印,壓印時(shí)間為5min、壓印壓力40Bar、壓印溫度160℃,壓印模板為微米尺寸硅模板(條帶高度500nm、條帶寬度3μm、條帶間隔1μm)。
壓印結(jié)束后,得到尺寸小于模板的PMMA雙脊結(jié)構(gòu)。然后利用等離子刻蝕技術(shù)將PMMA結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)移到聚(3,4-亞乙二氧基噻吩)-聚(苯乙烯磺酸)表面,刻蝕條件為:O2流量為0.05L/min,腔體的壓力為9mTorr,刻蝕的功率為50W,刻蝕的時(shí)間為120s,得到81.3nm的聚(3,4-亞乙二氧基噻吩)-聚(苯乙烯磺酸)納米線。
以上所述僅為本發(fā)明的交叉實(shí)例而已,并不用以限制本發(fā)明,對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)說(shuō)很顯然可以做很多的改進(jìn),凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi),所做的任何修改、同等替換、改進(jìn)等,均應(yīng)包含在本發(fā)明保護(hù)的范圍之內(nèi)。