專(zhuān)利名稱：圖案化二氧化鈦微結(jié)構(gòu)的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種在平面基底上制備圖案化二氧化鈦微結(jié)構(gòu)的方法。
背景技術(shù)：
二氧化鈦薄膜因?yàn)榫哂懈叩拇呋?、自清潔性能、微生物降解等性質(zhì)而在微電子器械、光學(xué)電池、太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化等方面具有很高的應(yīng)用價(jià)值?；诖?，圖案化二氧化鈦薄膜的制備更是成為近年來(lái)研究的熱點(diǎn)。但是目前關(guān)于圖案化二氧化鈦微結(jié)構(gòu)的組裝和制備存在很大的局限性主要體現(xiàn)在制備成本高、反應(yīng)體系不穩(wěn)定、二氧化鈦顆粒在沉積中選擇性不強(qiáng)等問(wèn)題(Chem.Mater.2002，141236.Langmuir 2003，194415.Thin Solid Films 2001382153)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種平面基底上制備圖案化二氧化鈦微結(jié)構(gòu)的方法。
考慮到上述諸多問(wèn)題后，我們采用微接觸印刷術(shù)作為制備圖案的基本手段，以二氧化鈦?zhàn)鳛椤澳保÷粤艘蚤L(zhǎng)鏈烷基形成圖案化的自組裝單分子膜的步驟，不僅降低了實(shí)驗(yàn)成本而且解決了自組裝膜在納米顆粒沉積中選擇性不強(qiáng)的問(wèn)題。采用此發(fā)明方法制備的圖案化二氧化鈦微結(jié)構(gòu)圖紋清晰，邊界分辨率高，而且與提拉法形成的二氧化鈦薄膜具有相似的物化性質(zhì)，大大提高了其應(yīng)用范圍和使用價(jià)值。
本發(fā)明以平面基片為基底，以二氧化鈦溶膠為原料。首先，將單晶硅用光刻技術(shù)在其表面形成規(guī)則的圖案，并以該膜板為模具，將聚二甲基硅氧烷(Sylgard184，Dow Corning公司)澆注于單晶硅膜板的表面。熟化剝離可制得具有浮凸結(jié)構(gòu)的硅橡膠彈性印章。然后，以二氧化鈦溶膠作為“墨水”，利用微接觸印刷技術(shù)在各種平面的基片上直接壓印制得具有圖案化微結(jié)構(gòu)的二氧化鈦薄膜。
一種圖案化二氧化鈦微結(jié)構(gòu)的制備方法，包括平面基底的處理以及圖案化二氧化鈦微結(jié)構(gòu)的制備兩個(gè)步驟，圖案化二氧化鈦微結(jié)構(gòu)的制備是將二氧化鈦溶膠滴在彈性印章具有微圖紋的表面上，靜置1-5分鐘；然后用高純氮?dú)獯等ビ≌卤砻娑嘤嗟娜苣z；將印章扣壓在潔凈干燥的平面基片上，保持50-90秒后移走印章；室溫下，空氣中干燥。
本發(fā)明所用的硅橡膠彈性印章按文獻(xiàn)方法制備(Annu.Rev.Matter.Sci.，1998，28153)。首先，將硅片試樣經(jīng)表面處理后，用光刻工藝在表面進(jìn)行刻蝕，使其表面形成規(guī)則的微米或納米級(jí)圖案。再以該模板為模具，將聚二甲基硅氧烷(Sylgard184 Dow Corning公司)澆注于其圖案化的表面，在65℃-150℃下固化成型，形成具有浮凸微圖案的彈性印章。
本發(fā)明所用的基底為經(jīng)過(guò)濃硫酸和雙氧水的混合溶液(Piranha溶液)在高溫下處理后的平面基底，平面基底選擇普通載玻片或單晶硅片。
本發(fā)明所用二氧化鈦溶膠為以[Ti(OBu)4]為原料，得到的穩(wěn)定的TiO2溶膠。此種方法得到的TiO2溶膠具有一定的黏度，其黏度在1.5×10-3N·S/m2-2×10-3N·S/m2范圍內(nèi)。
本發(fā)明利用微接觸印刷技術(shù)作為制備圖案的基本手段，以二氧化鈦溶膠作為“墨水”，直接在基片表面進(jìn)行壓印。區(qū)別與傳統(tǒng)的微接觸印刷技術(shù)，先制備圖案化的單分子自組裝膜，而后進(jìn)行納米粒子的區(qū)域選擇性沉積。解決了納米顆粒在沉積中選擇性不強(qiáng)等問(wèn)題。大大提高了圖案的清晰度和邊界分辨率。拓展了其在實(shí)際應(yīng)用中的范圍。本發(fā)明操作簡(jiǎn)單易行，沒(méi)有苛刻的環(huán)境要求，容易批量生產(chǎn)，其次在基底的選擇上也有很寬的范圍，在此基礎(chǔ)上，認(rèn)為滿足一定條件的溶膠，如黏度、適當(dāng)?shù)娜軇]發(fā)度，都可以用此方法制備圖案化的微結(jié)構(gòu)。


圖1為微接觸印刷法制備圖案化二氧化鈦微結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2為普通載玻片上圖案化二氧化鈦微結(jié)構(gòu)的顯微鏡照片。
圖3為單晶硅片上圖案化二氧化鈦微結(jié)構(gòu)的掃描電子顯微鏡照片。
具體實(shí)施例方式
為了更好的理解本發(fā)明，通過(guò)實(shí)例進(jìn)行說(shuō)明實(shí)施例1普通載玻片上制備圖案化二氧化鈦微結(jié)構(gòu)1.載玻片的預(yù)處理將普通載玻片切割成適當(dāng)大小在90℃下用濃硫酸和雙氧水的混合溶液(Piranha溶液)熱處理一小時(shí)。
2.圖案化彈性印章的制備將聚二甲基硅氧烷(Sylgard184 Dow Corning公司)澆注于微加工的單晶硅膜板的圖案化的表面上，在150℃固化一個(gè)小時(shí)，熟化剝離得到具有微圖案的硅橡膠彈性印章。
3.二氧化鈦溶膠的制備實(shí)驗(yàn)采用鈦酸丁酯[Ti(OBu)4]為原料，準(zhǔn)確量取一定量的鈦酸丁酯溶于無(wú)水乙醇中，體積為所需體積的三分之二，加入乙酰丙酮(AcAc)作為抑制劑。然后再?gòu)?qiáng)烈攪拌下，滴加入硝酸和去離子水和三分之一的無(wú)水乙醇的混合溶液到溶液中，得到穩(wěn)定的二氧化鈦溶膠。上述物質(zhì)的量之比為鈦酸丁酯∶無(wú)水乙醇∶去離子水∶硝酸∶乙酰丙酮＝1∶18∶2∶0.2∶0.5。
3.圖案化二氧化鈦微結(jié)構(gòu)的制備(1)將二氧化鈦溶膠滴在硅橡膠彈性印章具有微圖紋的表面，靜置2分鐘。
(2)用高純氮?dú)獯蹈蓮椥杂≌卤砻娑嘤嗟亩趸伻苣z。
(3)迅速將吹干的彈性印章扣壓在潔凈干燥的載玻片表面，保持60秒后移走印章。
(4)在室溫下，空氣中干燥一小時(shí)，即可得圖案清晰且有較高分辨率的二氧化鈦微結(jié)構(gòu)。如圖2所示。
實(shí)施例2單晶硅片上制備圖案化二氧化鈦微結(jié)構(gòu)1.單晶硅片的預(yù)處理將單晶硅片切割成適當(dāng)大小在100℃下用濃硫酸和雙氧水的混合溶液(Piranha溶液)熱處理一個(gè)半小時(shí)。
2.圖案化彈性印章的制備將聚二甲基硅氧烷(Sylgard184 Dow Corning公司)澆注于微加工的單晶硅膜板的圖案化的表面上，在150℃固化一個(gè)小時(shí)，熟化剝離得到具有微圖案的硅橡膠彈性印章。
3.二氧化鈦溶膠的制備實(shí)驗(yàn)采用鈦酸丁酯[Ti(OBu)4]為原料，準(zhǔn)確量取一定量的鈦酸丁酯溶于無(wú)水乙醇中，體積為所需體積的三分之二，加入乙酰丙酮(AcAc)作為抑制劑。然后再?gòu)?qiáng)烈攪拌下，滴加入硝酸和去離子水和三分之一的無(wú)水乙醇的混合溶液到溶液中，得到穩(wěn)定的二氧化鈦溶膠。上述物質(zhì)的量之比為鈦酸丁酯∶無(wú)水乙醇∶去離子水∶硝酸∶乙酰丙酮＝1∶18∶2∶0.2∶0.5。
3.圖案化二氧化鈦微結(jié)構(gòu)的制備(1)將二氧化鈦溶膠滴在硅橡膠彈性印章具有微圖紋的表面，靜置1分鐘。
(2)用高純氮?dú)獯蹈蓮椥杂≌卤砻娑嘤嗟亩趸伻苣z。
(3)迅速將吹干的彈性印章扣壓在潔凈干燥的單晶硅片表面，保持120秒后移走印章。
(4)在室溫下，空氣中干燥一小時(shí)，即可得圖案清晰且有較高分辨率的二氧化鈦微結(jié)構(gòu)。如圖3所示。
權(quán)利要求
1.一種圖案化二氧化鈦微結(jié)構(gòu)的制備方法，包括平面基底的處理以及圖案化二氧化鈦微結(jié)構(gòu)的制備兩個(gè)步驟，圖案化二氧化鈦微結(jié)構(gòu)的制備是將二氧化鈦溶膠滴在彈性印章具有微圖紋的表面上，靜置1-5分鐘；然后用高純氮?dú)獯等ビ≌卤砻娑嘤嗟娜苣z；將印章扣壓在潔凈干燥的平面基片上，保持50-90秒后移走印章；室溫下，空氣中干燥。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于平面基底選擇普通載玻片或單晶硅片。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于以Ti(OBu)4為原料，得到TiO2溶膠，TiO2溶膠的黏度在1.5×10-3N·S/m2-2×10-3N·S/m2范圍內(nèi)。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種在平面基底上制備圖案化二氧化鈦微結(jié)構(gòu)的方法。該方法以平面基片為基底，以二氧化鈦溶膠為原料。首先，將單晶硅用光刻技術(shù)在其表面形成規(guī)則的圖案，并以該膜板為模具，將聚二甲基硅氧烷澆注于單晶硅膜板的表面。熟化剝離可制得具有浮凸結(jié)構(gòu)的硅橡膠彈性印章。然后，以二氧化鈦溶膠作為“墨水”，利用微接觸印刷技術(shù)在各種平面的基片上直接壓印制得具有圖案化微結(jié)構(gòu)的二氧化鈦薄膜。特點(diǎn)是省略了以長(zhǎng)鏈烷基分子在基片上形成圖案化的自組裝單分子膜的步驟，這樣不僅降低了實(shí)驗(yàn)成本而且還解決了自組裝單分子膜在納米顆粒的沉積中選擇性不強(qiáng)的問(wèn)題。得到的具有微圖紋的二氧化鈦微結(jié)構(gòu)不僅圖案清晰，邊界分辨率高，而且可以得到與提拉法形成的二氧化鈦薄膜具有相似的物化性質(zhì)，提高了其應(yīng)用范圍和使用價(jià)值。本發(fā)明操作簡(jiǎn)單易行，沒(méi)有苛刻的環(huán)境要求，容易批量生產(chǎn)。
文檔編號(hào)C01G23/00GK1785683SQ20041010081
公開(kāi)日2006年6月14日 申請(qǐng)日期2004年12月10日 優(yōu)先權(quán)日2004年12月10日
發(fā)明者陳淼, 張瑞 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院蘭州化學(xué)物理研究所