專利名稱：一種基于鋁陽極氧化膜的復(fù)型納米孔掩模板及其制備方法和應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于模板印刷術(shù)領(lǐng)域。特別涉及到一種基于鋁陽極氧化膜 的復(fù)型納米孔掩模板及其制備方法，這種掩模板可結(jié)合各種刻蝕技術(shù) 或真空薄膜沉積技術(shù)，用于周期性納米結(jié)構(gòu)的制備及多孔氧化鋁圖形的復(fù)制轉(zhuǎn)移。(二)
背景技術(shù)：
多孔鋁陽極氧化膜為一種典型的自組裝納米孔結(jié)構(gòu)材料，其孔道的尺度可由電解條件控制，現(xiàn)可得到的鋁陽極氧化膜孔徑從10到 200咖，長徑比達(dá)1000,孔密度從109到1012(^2。在適當(dāng)?shù)年枠O氧化條件下，鋁陽極氧化膜孔道具有有序的六角排列。近年來，鋁陽極氧化 膜因具有垂直于表面的納米孔道陣列，而在納米材料科學(xué)中得到了重 要應(yīng)用，主要被用作制備納米結(jié)構(gòu)的模板，例如碳納米管、納米線、 納米點等。許多工作中，利用超薄(厚度一般小于300mn)、孔道貫通的鋁陽 極氧化膜做掩模板，結(jié)合離子刻蝕技術(shù)或真空薄膜沉積技術(shù)，來實現(xiàn) 鋁陽極氧化膜模板圖形的復(fù)制轉(zhuǎn)移或納米點陣列的制備。但是，制備 這種超薄的鋁陽極氧化膜掩模板的工藝較為復(fù)雜。首先在陽極氧化完 成后需要將氧化膜和鋁基底分離，然后進(jìn)行通孔(去除阻擋層)處理。 而這種超薄的氧化鋁膜機械強度非常差，因而造成了許多后處理和操 作上的困難。(三)

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明設(shè)計了一種基于鋁陽極氧化膜的復(fù)型納米孔掩模板及其制 備方法和應(yīng)用，此復(fù)型掩模板可選擇多種材料以滿足不同需要，工藝 簡單，在許多場合下可取代較多使用的超薄鋁陽極氧化膜掩模板。本發(fā)明的技術(shù)方案 一種基于多孔鋁陽極氧化膜的復(fù)型納米孔掩 模板，其特征在于它具有與鋁陽極氧化膜相同密度及排列的納米孔陣列，孔密度范圍在109 1012^—2。上述基于多孔鋁陽極氧化膜的復(fù)型納米孔掩模板制備工藝，其步驟如下 (1 ) 采用由二次氧化法制得的孔道有序鋁陽極氧化膜； ('2 ) 利用真空鍍膜技術(shù)在氧化鋁膜表面沉積薄膜； (3 )將氧化鋁襯底用選擇性化學(xué)腐蝕法去除，得到分離的納 米孔掩模板。上述所述的步驟(2)中沉積薄膜的材料選擇可蒸發(fā)或濺射的材料， 可蒸發(fā)或濺射的材料有金屬材料和非金屬材料，金屬材料包括鎳、鐵、 金或鉑，非金屬材料包括碳或硅。上述所述的步驟(2)中沉積薄膜材料選擇金屬材料時，則鍍膜時或鍍膜后可對樣品進(jìn)行加熱以增加薄膜的機械強度；所述的加熱條件為溫度20(TC 400。C，時間O. 5 2小時。上述所述的步驟(2)中沉積薄膜可選用真空濺射或蒸發(fā)沉積技術(shù)， 包括離子束濺射、磁控濺射、真空熱蒸發(fā)、激光蒸發(fā)或電子束蒸發(fā)。上述所述的步驟(2)中的沉積薄膜過程，氧化鋁膜表面應(yīng)正對濺 射靶或蒸發(fā)源，樣品對濺射靶或蒸發(fā)源面積形成的張角不超過15° 。 另外，沉積室的真空度要優(yōu)于5xl0,a。這樣可使沉積原子的軌跡大都 垂直于樣品表面，以盡量減少鋁陽極氧化膜孔壁上的材料沉積。上述所述的步驟(2)中的沉積薄膜過程，薄膜沉積厚度不超過氧 化鋁膜孔徑為宜。上述所述的復(fù)型納米孔掩模板與離子刻蝕或真空薄膜沉積技術(shù)相 結(jié)合，用于實現(xiàn)目標(biāo)納米陣列的制備及多孔氧化鋁圖形的復(fù)制轉(zhuǎn)移。本發(fā)明的優(yōu)越性和技術(shù)效果在于與傳統(tǒng)使用的超薄鋁陽極氧化 膜掩模板相比，這種復(fù)型掩模板更具有顯著的有益效果，即l、制備工 藝更為簡單；2、可選用多種可蒸發(fā)或濺射的材料，應(yīng)用范圍更為廣泛; 3、可通過退火等后處理工藝提高其柔韌性或機械強度，降低了操作難 度，更容易產(chǎn)品化。

附圖1為本發(fā)明所涉一種基于鋁陽極氧化膜的復(fù)型納米孔掩模板 及其制備方法和應(yīng)用中的復(fù)型納米孔掩模板結(jié)構(gòu)模型示意圖。附圖2為本發(fā)明所涉一種基于鋁陽極氧化膜的復(fù)型納米孔掩模板 及其制備方法和應(yīng)用中制備流程示意圖(圖2a為初始的多孔鋁陽極氧 化膜，用常用的二次陽極氧化法制得；圖2b為利用真空鍍膜技術(shù)在氧 化鋁膜表面沉積薄膜；圖2c為最后將氧化鋁襯底用稀的酸性或堿性溶
液腐蝕去除，得到分離的復(fù)型納米孔掩模板)。附圖3為本發(fā)明所涉一種基于鋁陽極氧化膜的復(fù)型納米孔掩模板及其制備方法和應(yīng)用中典型的鎳復(fù)型納米孔掩模板的掃描電子顯微鏡 照片。附圖4為本發(fā)明所涉一種基于鋁陽極氧化膜的復(fù)型納米孔掩模板 及其制備方法和應(yīng)用中應(yīng)用典型鎳復(fù)型納米孔掩模板制得的金納米點 陣列掃描電子顯微鏡照片。其中1為利用真空鍍膜技術(shù)在氧化鋁膜表面制得的復(fù)型納米孔掩模板，2為多孔鋁陽極氧化膜。具體實施例方式實施例1: 一個鎳復(fù)型掩模板制備流程參見圖2 (a—b—c)。初 始的鋁陽極氧化膜孔密度為1.2X10'。個/cm2，其平均孔徑為73nm， 由二次氧化法制得。用真空熱蒸發(fā)鍍膜技術(shù)在此鋁陽極氧化膜表面沉 積一層20nm厚的Ni膜。沉積過程中，真空室的真空度為1X10—3Pa。 Ni膜的厚度由膜厚監(jiān)控儀(FTM7)監(jiān)控。為避免Ni在鋁陽極氧化膜孔 內(nèi)壁上的沉積，鋁陽極氧化膜表面正對蒸發(fā)源，蒸發(fā)源用的鎢舟長2cm， 鋁陽極氧化膜距離蒸發(fā)源14cm，從而鋁陽極氧化膜對蒸發(fā)源形成的張 角為8° 。為增加Ni膜的機械強度，樣品在350'C下進(jìn)行真空退火1 小時。然后用59&的NaOH溶液腐蝕去除鋁陽極氧化膜襯底，得到獨立的 M復(fù)型掩模板(見圖1復(fù)型納米孔掩模板結(jié)構(gòu)模型示意圖)。圖3為鎳復(fù)型納米孔掩模板的掃描電子顯微鏡照片，即己轉(zhuǎn)移至 Si襯底上的Ni復(fù)型掩模板的掃描電子顯微鏡圖像。可看出該掩模板具 有與鋁陽極氧化膜襯底相同的孔密度及排列方式；平均孔徑為53nm， 小于所用鋁陽極氧化膜襯底的平均孔徑(73nm)。實施例2: —個碳復(fù)型掩模板制備流程參見圖2 (a—b—c)。初 始的鋁陽極氧化膜孔密度為1.2Xl(T個/cm2，其平均孔徑為73nm， 由二次氧化法制得。用真空熱蒸發(fā)鍍膜技術(shù)在此鋁陽極氧化膜表面沉 積一層30mn厚的碳膜。沉積過程中，真空室的真空度為2X10，a。碳 膜的厚度由膜厚監(jiān)控儀(FTM7)監(jiān)控。為避免碳在鋁陽極氧化膜孔內(nèi) 壁上的沉積，鋁陽極氧化膜表面正對蒸發(fā)源，蒸發(fā)源用的碳絲有效長 度為1.5cm，鋁陽極氧化膜距離蒸發(fā)源6cm，從而鋁陽極氧化膜對蒸發(fā) 源形成的張角為14° 。然后用1%的HF溶液腐蝕去除鋁陽極氧化膜襯
底，得到獨立的碳復(fù)型掩模板(見圖1復(fù)型納米孔掩模板結(jié)構(gòu)模型示 意圖)。實施例3:驗證實施例1中鎳復(fù)型掩模板的實用性，嘗試了用此 M復(fù)型掩模板結(jié)合真空鍍膜技術(shù)來制備Au納米點陣列。圖4為應(yīng)用典型鎳復(fù)型納米孔掩模板制得的金納米點陣列掃描電子顯微鏡照片。將獨立的Ni復(fù)型掩模板轉(zhuǎn)移至目標(biāo)基底上，這里的基底用Si片。然后，用真空熱蒸發(fā)鍍膜技術(shù)沉積一層10nm厚的Au，沉積過程中的其他條件與實施例1中鍍Ni的條件相同。最后，用W的HC1溶液去除掩模板后得到Au納米點陣列。從圖4可看出，所得Au納米點的密度與排列方式也與初始鋁陽極氧化膜孔的密度與排列方式相同。Au納米點的平均直徑為54nm，基本與掩模板的平均孔徑一致。表明沉積過程中，Au能夠穿過Ni復(fù)型掩模板的納米孔，并沉積在Si基底上形成納米點陣列。
權(quán)利要求
1、一種基于多孔鋁陽極氧化膜的復(fù)型納米孔掩模板，其特征在于它具有與鋁陽極氧化膜相同密度及排列的納米孔陣列，孔密度范圍在109～1012cm-2。
2、 一種基于多孔鋁陽極氧化膜的復(fù)型納米孔掩模板制備工藝，其步驟如下(1)用由二次氧化法制得的孔道有序鋁陽極氧化膜； (2 )利用真空鍍膜技術(shù)在氧化鋁膜表面沉積薄膜； (3 )將氧化鋁襯底用選擇性化學(xué)腐蝕法去除，得到分離的納米孔 掩模板。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所說的一種基于多孔鋁陽極氧化膜的復(fù)型納米孔掩 模板制備工藝，其特征在于所述的步驟(2)中沉積薄膜的材料選擇可蒸發(fā) 或濺射的材料，可蒸發(fā)或濺射的材料有金屬材料和非金屬材料，金屬材料 包括鎳、鐵、金或鉑，非金屬材料包括碳或硅。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3所說的一種基于多孔鋁陽極氧化膜的復(fù)型納米孔掩 模板制備工藝，其特征在于所述的步驟(2)中沉積薄膜材料選擇金屬材料 時，則鍍膜時或鍍膜后可對樣品進(jìn)行加熱以增加薄膜的機械強度；所述的 加熱條件為溫度200'C 400。C，時間O. 5 2小時。
5、 根據(jù)權(quán)利要求2所說的一種基于多孔鋁陽極氧化膜的復(fù)型納米孔掩 模板制備工藝，其特征在于所述的步驟(2)中沉積薄膜可選用真空濺射或 蒸發(fā)沉積技術(shù)，包括離子束濺射、磁控濺射、真空熱蒸發(fā)、激光蒸發(fā)或電 子束蒸發(fā)。
6、 根據(jù)權(quán)利要求2所說的一種基于多孔鋁陽極氧化膜的復(fù)型納米孔掩 模板制備工藝，其特征在于所述的步驟(2)中的沉積薄膜過程，氧化鋁膜 表面應(yīng)正對濺射靶或蒸發(fā)源，樣品對濺射耙或蒸發(fā)源面積形成的張角不超 過15° ;沉積室的真空度要優(yōu)于5xl0，a。
7、 根據(jù)權(quán)利要求2所說的一種基于多孔鋁陽極氧化膜的復(fù)型納米孔掩 模板制備工藝，其特征在于所述的步驟(2)中的沉積薄膜過程，薄膜沉積 厚度不超過氧化鋁膜孔徑為宜。
8、 一種基于多孔鋁陽極氧化膜的復(fù)型納米孔掩模板的應(yīng)用，其特征在 于所述的復(fù)型納米孔掩模板與離子刻蝕或真空薄膜沉積技術(shù)相結(jié)合，用于 實現(xiàn)目標(biāo)納米陣列的制備及多孔氧化鋁圖形的復(fù)制轉(zhuǎn)移。
全文摘要
利用真空鍍膜技術(shù)在多孔氧化鋁膜表面沉積薄膜，得到了一種復(fù)型納米孔薄膜。這種復(fù)型納米孔薄膜具有與鋁陽極氧化膜相同密度及排列的納米孔陣列。用化學(xué)腐蝕法去除氧化鋁襯底后，所得納米孔薄膜可用作掩模板，與離子刻蝕或真空薄膜沉積等技術(shù)相結(jié)合，可實現(xiàn)多種納米陣列的制備及多孔氧化鋁圖形的復(fù)制轉(zhuǎn)移。與傳統(tǒng)的超薄多孔氧化鋁掩模板相比，這種復(fù)型掩模板的制備更為簡單，并可選用多種可真空濺射或蒸發(fā)的材料。
文檔編號C25D11/04GK101117726SQ20061001504
公開日2008年2月6日 申請日期2006年7月31日 優(yōu)先權(quán)日2006年7月31日
發(fā)明者森 王 申請人:國家納米技術(shù)與工程研究院