一種基于光盤的二維周期性微納結(jié)構(gòu)的熱壓印方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種周期性微納結(jié)構(gòu)的熱壓印方法，具體地說是一種將三種光盤聚碳酸酯層中的一維微納周期性結(jié)構(gòu)組合，并復(fù)制在PDMS上，再將PDMS上的微納結(jié)構(gòu)兩次熱壓印在同一個(gè)熱塑性材料基底上，從而同時(shí)得到多種二維周期性微納結(jié)構(gòu)的方法，該方法克服了周期性微納結(jié)構(gòu)制備所需設(shè)備昂貴、制備效率較低、難以大面積制備等缺點(diǎn)，可廣泛用于制備表面增強(qiáng)拉曼散射基底、微納光柵、光電器件表面抗反射層以及太陽能電池中的增強(qiáng)吸收層等。
【背景技術(shù)】
[0002]有序周期性微納結(jié)構(gòu)材料具有獨(dú)特的光電性質(zhì)，可以用于增強(qiáng)太陽能電池的光吸收效率，增強(qiáng)表面拉曼散射信號(hào)，減少光電器件表面的光反射等，因而周期性微納結(jié)構(gòu)材料的制備技術(shù)引起了人們的廣泛關(guān)注。
[0003]通過光刻、電子束曝光或聚焦離子束刻蝕、飛秒激光微加工等技術(shù)均可以獲得周期性微納米結(jié)構(gòu)，然而這些方法需要昂貴的儀器設(shè)備，成本高、制備效率低、并且難以大面積地制備周期性微納米結(jié)構(gòu)。1995年Stephen Y.Chou等人首次提出了納米壓印技術(shù)，并且在半導(dǎo)體硅片上獲得了 25 nm的納米圖案，與傳統(tǒng)的光刻等技術(shù)相比，其加工分辨能力只與模板圖案的尺寸有關(guān)，而不受光學(xué)光刻的最短曝光波長的物理限制，并且還可以進(jìn)行大面積的制備，減小了生產(chǎn)成本。然而，納米壓印技術(shù)通常需要電子束曝光或聚焦離子束刻蝕等方法預(yù)先制備相應(yīng)的模版。
[0004]生活中常見的可寫入的光盤有⑶-R、DVD-R和BD-R，而這三種光盤的聚碳酸酯(PO盤基上均有螺旋狀的預(yù)刻槽軌道，由于光盤的直徑遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于預(yù)刻槽軌道的間距，因而這種螺旋狀的預(yù)刻槽軌道可以看成一維光柵結(jié)構(gòu)。對(duì)于不同種類的光盤，其螺旋狀結(jié)構(gòu)所形成的軌道間距是不同的，例如⑶-R的預(yù)刻槽軌道間距是1600 nm，深度約220 nm ；DVD-R的預(yù)刻槽軌道間距是740 nm，深度在150 nm-200 nm之間；BD-R的預(yù)刻槽軌道間距是320nm，深度約45 nm。CD-R和BD-R的預(yù)刻槽軌道在其PC層上，而DVD-R具有兩層PC，其預(yù)刻槽在其下層的PC上。除去印刷層、保護(hù)層、反射層、染料層等，就可以得到具有預(yù)刻槽軌道結(jié)構(gòu)的PC材料，該材料可作為納米壓印的模版。
[0005]2003年Hazarika等人報(bào)道了將聚苯乙稀(PS)旋涂在玻璃上形成薄膜，在薄膜未完全干燥時(shí)以CD光盤的PC層為模板在聚苯乙烯薄膜上直接壓印，得到了一維和二維的微納結(jié)構(gòu)(P.Hazarika, D.Chowdhury and A.Chattopadhyay, Fabricat1n ofsubmicron scale patterned plastic thin film fluidic devices with controllablethickness, Lab Chip, 2003，3，128-131) ;2007 年 Meenakshi 等人報(bào)道了將 CD 光盤的預(yù)刻槽結(jié)構(gòu)先復(fù)制在PDMS上，然后以PDMS為軟模板，利用毛細(xì)管力的作用和微接觸壓印方法得到了一維和二維的微納結(jié)構(gòu)(V.Meenakshi, Y.Babayan, and T.W.0dom,Benchtop nanoscale patterning using soft lithography, J.Chem.Educ.，2007，8，1795-1798);同年Das等人利用水凝膠復(fù)制字母模板的結(jié)構(gòu)，由于水凝膠的收縮效應(yīng)，得到的水凝膠微結(jié)構(gòu)尺寸小于原來模板的尺寸，之后又利用這種方法得到了縮小的CD和DVD光盤的一維光柵結(jié)構(gòu)，但是水凝膠在配備過程中水的量不易控制，水量越多，膠體粘性越低，水量過少，又無法大程度地縮小微結(jié)構(gòu)(A.L.Das, R.Mukherjee, V.Katiyer, M.Kulkarni, A.Ghatak, A.Sharma, Generat1n of sub-micrometer-scale patterns bysuccessive miniaturizat1n using hydrogels, Adv.Mater., 2007, 19, 1943-1946);2008年Hong等人報(bào)道了用親水性S12-T12溶膠旋涂在玻璃基底上，并用復(fù)制了⑶-R和BD-R光盤微結(jié)構(gòu)的PDMS進(jìn)行壓印，得到了一維以及三維的微結(jié)構(gòu)(L.Y.Hong, D.H.Lee, D.P.Kim, Fabricat1n and applicat1n of novel hydrophilic nanomold, J.phys.chem.solids, 2008, 69, 1436-1438) ;2009 年 Mukherjee 等人報(bào)道了米用聚乙烯醇(PVA)薄膜復(fù)制CD和DVD光盤的微納結(jié)構(gòu)，然后在溶劑蒸汽的輔助下，將PVA上的微結(jié)構(gòu)壓印到了 PMMA上，采用不同微結(jié)構(gòu)的PVA連續(xù)兩次壓印PMMA，得到了復(fù)雜的二維微納結(jié)構(gòu)(R.Mukherjee, Ganesh K.Patil, and A.Sharma, Solvent vapor-assistedimprinting of polymer films coated on curved surfaces with flexible PVA stamps,Ind.Eng.Chem.Res., 2009, 48，8812-8818) ;2011 年 Halbany 等人在高溫下將 CD-R光盤的PC層直接壓在玻璃基底上，將二者分離時(shí)，殘留在玻璃上的PC形成了一維的光柵結(jié)構(gòu)(Adi Sahar-Halbany, J.M.Vance, and C.M.Drain, Lithography of polymernanostructures on glass for teaching polymer chemistry and physics, J.Chem.Educ., 2011，88，615-618);2012年Roy等報(bào)道了采用dip coating的方法使得溶膠-凝膠在CD、DVD的PC層光柵結(jié)構(gòu)上形成與光柵方向一致的波浪形凝膠薄膜，然后將復(fù)制了光盤光柵結(jié)構(gòu)的PDMS壓在波浪形薄膜上，利用毛細(xì)管力使得凝膠薄膜表面形成了二維的周期性微納結(jié)構(gòu)(R.D.Roy, D.Sil, S.Jana, et al., Creat1n of self-organizedcomplex meso patterns in sol-gel thin films by confined capillary dynamics,Ind.Eng.Chem.Res.2012, 51，9546-9553) ;2013 年 Leordean 等報(bào)道了采用 PVA 復(fù)制DVD光盤PC層的微納光柵結(jié)構(gòu)，再在空白PC上連續(xù)兩次成一定角度地進(jìn)行熱壓印，得到了二維的微納有序結(jié)構(gòu)。(C.Leordean, A~M.Gabudean, V.Canpean and S.Astilean,Easy and cheap fabricat1n of ordered pyramidal shaped plasmonic substrates fordetect1n and quantitative analysis using surface-enhanced Raman spectroscopy,Analyst, 2013, 138，4975-4981 )，同年 Bhandaru 等報(bào)道了分別以 CD，DVD 和 BD 上的金屬反射層為模板，以PS薄膜為基底，通過控制壓力以及薄膜的硬度，得到了周期相同，深度可調(diào)控的一維光柵結(jié)構(gòu)(N.Bhandaru, S.Roy, et al., Lithographic tuning ofpolymeric thin film surfaces by stress relaxat1n, ACS Macro Lett.2013, 2,195-200)。
[0006]然而上述現(xiàn)有方法，制備的微納結(jié)構(gòu)較為單一，一次操作只能得到一種微納結(jié)構(gòu)，制備不同類型的周期微納結(jié)構(gòu)時(shí)，需要預(yù)先分別制備出不同的模版，然后依次壓印不同的微納結(jié)構(gòu)，制備效率仍然較低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種工藝簡單，成本低廉，可以同時(shí)獲得多種大面積的基于光盤的二維周期性微納結(jié)構(gòu)的熱壓印方法。
[0008]本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的。
[0009]一種基于光盤的二維周期性微納結(jié)