專利名稱：一種多組元的1-3型復(fù)合微結(jié)構(gòu)薄膜及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種多組元的1-3型復(fù)合微結(jié)構(gòu)薄膜及其制備方法，屬于材料微結(jié)構(gòu)及其制 備技術(shù)領(lǐng)域。
技術(shù)背景材料的性能與其結(jié)構(gòu)密切相關(guān)，在不同方向、不同尺度層次上可控地構(gòu)筑不同材料體系 的微結(jié)構(gòu)，可以實(shí)現(xiàn)特定的功能。例如，在硅片上進(jìn)行復(fù)雜的鍍膜和刻蝕構(gòu)造的復(fù)雜結(jié)構(gòu)構(gòu) 成了微電子的基礎(chǔ)；采用沉積技術(shù)制備的光電薄膜是發(fā)光二極管(LED)、平板顯示、太陽能 電池的關(guān)鍵材料。目前，多層膜結(jié)構(gòu)主要的制備基于微電子制造中常說的"自下而上"和"自 上而下"制備思想，在與襯底垂直的方向上"自上而下"或"自下而上"改變材料組分，獲 得需要的微結(jié)構(gòu)材料。典型地，利用光刻技術(shù)在襯底上形成的不同圖案的光刻膠圖形，通過 垂直沉積其它材料的方式，獲得不同材料的微結(jié)構(gòu)，從而實(shí)現(xiàn)電極、導(dǎo)線、晶體管器件等的 制備。然而，如果在平行于襯底方向上改變材料組分，構(gòu)成相應(yīng)的多組元的l-3型復(fù)合微結(jié) 構(gòu)薄膜，在許多領(lǐng)域?qū)@得應(yīng)用。如催化方面，同平面膜結(jié)構(gòu)負(fù)載催化劑相比，多組元的l-3 型復(fù)合微結(jié)構(gòu)薄膜由于載體附著在微結(jié)構(gòu)的側(cè)面，增加了催化的比表面積，同時氣體或液體 流動受到基體微結(jié)構(gòu)的擾動，增大了被催化液體或氣體同催化劑接觸的幾率，可提高催化的 效率；在光學(xué)等領(lǐng)域，在微結(jié)構(gòu)的側(cè)壁進(jìn)行材料或結(jié)構(gòu)修飾，可能出現(xiàn)新的光學(xué)現(xiàn)象；在能 源領(lǐng)域，多組元的1-3型復(fù)合微結(jié)構(gòu)薄膜可更有效地促進(jìn)電荷分離、傳輸，提高鋰電池、太 陽能電池等的效率等性能。 發(fā)明內(nèi)容發(fā)明目的本發(fā)明的目的是提供一種多組元的l-3型復(fù)合微結(jié)構(gòu)薄膜，使該微結(jié)構(gòu)材料 可以在催化、能源、光電等領(lǐng)域獲得廣泛應(yīng)用。本發(fā)明的另 一 目的是提供該微結(jié)構(gòu)材料的制備方法。技術(shù)方案本發(fā)明所述的一種多組元的l-3型復(fù)合微結(jié)構(gòu)薄膜，包括材料A、材料B和 材料C,其中材料A、 B構(gòu)成l-3型微結(jié)構(gòu)薄膜的基體，材料C附著在材料B表面；材料C為 單層或多層薄膜。其中材料A、 B、 C是無機(jī)、半導(dǎo)體、有機(jī)、金屬材料或其任意組合。 將材料C附著在材料B上的方式包括完全環(huán)繞同種或不同種材料、僅側(cè)面一個方向附著 同種或不同種材料、或側(cè)面每個方向附著同種或不同種材料。材料B平行于襯底的截面形狀為圓形、方形或其它任意形狀的線、管、針、帶、錐、螺旋體；其高度為5nm~10mm;粗細(xì)為lnm l咖；微結(jié)構(gòu)單元的間距為5nm~ 10mm。 本發(fā)明所述的多組元的l-3型復(fù)合微結(jié)構(gòu)薄膜制備方法，包括以下步驟(1) 在襯底表面制備相互隔離的柱狀或螺旋狀的材料B的微結(jié)構(gòu)；(2) 在材料B表面制備材料C,形成由材料B和材料C組成的微結(jié)構(gòu)單元；(3 )在所述微結(jié)構(gòu)單元中填充材料A，即形成多組元的1-3型復(fù)合微結(jié)構(gòu)薄膜。 其中步驟(l)中在襯底表面制備材料B的方法為噴射、濺射、蒸發(fā)、光刻、犧牲模版法、 壓印、或?qū)W鍍，電化學(xué)沉積，PVD， CVD，溶膠凝膠法、或涂覆，或以上方法任意組合。步驟(2)中將材料C附著在材料B上的方法為噴射、濺射、蒸發(fā)、化學(xué)鍍，電鍍，PVD, CVD,溶膠凝膠法，或涂覆，或以上方法任意組合。步驟(3)中材料A的填充方法為噴射、濺射或蒸發(fā)、光刻、犧牲模版法、壓印、化學(xué) 鍍、電鍍、PVD、 CVD、溶膠凝膠法、熔融填充法、融化填充法、涂覆、或灌注，或以上方法 任意組合。有益效果本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其顯著優(yōu)點(diǎn)是(1) 可獲得平行于襯底方向上材料體系多元的微結(jié)構(gòu)。(2) 結(jié)構(gòu)可控，所得微結(jié)構(gòu)種類繁多。(3) 可制備材料體系復(fù)雜的微結(jié)構(gòu)。(4) 適應(yīng)材料范圍廣。(5) 工藝簡單可靠并可行。


附圖是典型的多組元的1-3型復(fù)合微結(jié)構(gòu)薄膜示意圖。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例l:在玻璃襯底上通過旋涂的方法制備厚度為IO拜的光刻膠，然后覆蓋掩膜版曝 光、腐蝕，形成2x2nm的孔，孔間距為lOp。在其中通過溶膠凝膠法填充Si02后，去除其 余光刻膠，即在硅襯底上形成截面直徑為2x2拜、間距為10畔的Si(h柱子。在此基礎(chǔ)上， 以與襯底夾角30。的角度濺射金屬銀，然后旋涂10薩厚度的PMMA，即得平行于襯底方向上 的Si02-Ag-P固A無機(jī)-金屬-有機(jī)三元1-3型復(fù)合微結(jié)構(gòu)薄膜。實(shí)施例2:在玻璃襯底上通過旋涂的方法制備厚度為50薩的光刻膠，然后覆蓋掩膜版曝 光、腐蝕，形成8x8拜的孔，孔間距為50pm。在其中通過溶膠凝膠法填充Si02后，去除其 余光刻膠，即在硅襯底上形成截面直徑為8x8網(wǎng)、間距為50同的Si02柱子。在此基礎(chǔ)上， 以與襯底夾角30° 、襯底投影與Si02柱子一側(cè)面垂直的角度濺射30nra厚金屬銀，然后沿著 柱子軸線旋轉(zhuǎn)90。濺射20nm厚度金，繼續(xù)旋轉(zhuǎn)90。濺射50nm厚硅，繼續(xù)旋轉(zhuǎn)90°濺射30nm厚度的Zn0。最后，旋涂50nm厚度的聚苯乙烯(PS )，即得平行于襯底方向上的 Si02-Ag-Au-Si-ZnO-P畫A無機(jī)-金屬/半導(dǎo)體-有機(jī)六元1-3型復(fù)合微結(jié)構(gòu)薄膜。實(shí)施例3:在硅襯底的上方放置多孔薄膜，孔徑為80拜、孔間距為300拜，透過多孔膜 噴射A1A粉體，得到高度300nm的錐體。IIOO'C燒結(jié)30min后，通過PVD在其側(cè)壁制備厚度 IOO納米的硅層，然后涂覆500nm厚度的TiO2粉末，即得平行于襯底方向上的Al203-Si-Ti02 三元l-3型復(fù)合微結(jié)構(gòu)薄膜。實(shí)施例4:在硅襯底上濺射2nm厚度的金顆粒，然后利用CVD的方法生長直徑為2rnn左 右、高度為200nm左右的納米硅線，釆用濺射的方法在其表面沉積2nm厚度的銀，接著通過 拉膜的方法在表面制備200nm的P醒A，即得平行于襯底方向上的Si-Ag- P隨A三元1-3型復(fù) 合微結(jié)構(gòu)薄膜。實(shí)施例5:在玻璃襯底上提拉制備厚度為IOO薩的P醒A,然后在130°通過壓印的方式 獲得直徑30拜、間距100pni的洞陣列，溶膠凝膠法填充Si02后，在40(TC熱處理lh,獲得直 徑30網(wǎng)、間距100拜的SiO2柱陣列。通過化學(xué)鍍的方式在表面覆蓋5nm厚度的鎳，然后噴涂 IOO罔厚度的Fe203,即得平行于襯底方向上的SiO廠Ni-Fe2()3三元1-3型復(fù)合微結(jié)構(gòu)薄膜。實(shí)施例6:在ITO玻璃襯底上通過旋涂的方法制備厚度為40jim的光刻膠，然后覆蓋掩膜 版曝光、腐蝕，形成10xlO拜的孔，孔間距為40pn。在其中通過噴射結(jié)合灌注的方法填充 納米Ti02，去除其余光刻膠，即在ITO襯底上形成截面直徑為10 x 10nm、間距為40拜的Ti02 多孔柱子。在此基礎(chǔ)上，以與村底夾角30°的角度濺射Zn0、，然后旋涂40pm厚度的A1203， 即得平行于襯底方向上的TiO廠ZnO-Al203三元1-3型復(fù)合微結(jié)構(gòu)薄膜。實(shí)施例7:在玻璃襯底上方放置多孔薄膜，孔徑為2(Him、孔間距為100,，透過多孔膜 噴射Si02粉體，得到高度100拜的錐體。IIO(TC燒結(jié)30min后，通過化學(xué)鍍在其側(cè)壁制備厚 度5納米的鉑金屬，然后涂覆IOO胛厚度的Al203粉末，即得平行于襯底方向上的SiO廠Pt- A1203 氧化物-金屬-氧化物三元1-3型復(fù)合微結(jié)構(gòu)薄膜。實(shí)施例8:在硅襯底上通過旋涂的方法制備厚度為20pm的光刻膠，然后覆蓋掩膜版曝光、 腐蝕，形成5x5拜的孔，孔間距為50拜。在其中通過溶膠凝膠法填充二氧化硅后，去除其 余光刻膠，即在硅襯底上形成截面直徑為5x5拜、間距為50pm的二氧化硅柱子。在此基礎(chǔ) 上，以與襯底夾角40。的角度濺射金屬銀，然后同角度濺射A1A、 Au，最后旋涂20薩厚度 的聚苯乙烯，即得平行于襯底方向上的SiO廠Ag- Al203-Au-PS無機(jī)-金屬-無機(jī)-金屬-有機(jī)五 元l-3型復(fù)合微結(jié)構(gòu)薄膜。實(shí)施例9:在玻璃襯底上方放置多孔薄膜，孔徑為lmm、孔間距為10mm,透過多孔膜噴 射Al203粉體，得到高度10mm的錐體。1200。C燒結(jié)50min后，通過化學(xué)鍍法在其側(cè)壁制備厚度30nm的Ag層，然后涂覆10mm厚度的Si02粉末，即得平行于襯底方向上的Al20「Ag-Si02 三元1-3型復(fù)合微結(jié)構(gòu)薄膜。實(shí)施例10:在FTO玻璃襯底上放置多孔Al203模版(孔徑30nm,厚度lpjn)，利用電化學(xué) 方法在模版的孔內(nèi)生長Au納米線或納米管，去除人1203模版后得到金的納米管或納米線陣列。 然后在其側(cè)面濺射5nm厚度的A1203,通過溶膠凝膠法填充厚度的Ti02,即得Au-AlA-Ti02三元l-3型復(fù)合微結(jié)構(gòu)薄膜。
權(quán)利要求
1. 一種多組元的1-3型復(fù)合微結(jié)構(gòu)薄膜，其特征是該微結(jié)構(gòu)薄膜包括材料A、材料B和材料C，其中材料A、B構(gòu)成1-3型微結(jié)構(gòu)薄膜的基體，材料C附著在材料B表面；材料C為單層或多層薄膜；其中材料A、B、C是無機(jī)、半導(dǎo)體、有機(jī)、金屬材料或其任意組合。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的多組元的1-3型復(fù)合微結(jié)構(gòu)薄膜，其特征是將材料C附著在材 料B上的方式包括完全環(huán)繞同種或不同種材料、僅側(cè)面一個方向附著同種或不同種材料、或 側(cè)面每個方向附著同種或不同種材料。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的多組元的1-3型復(fù)合微結(jié)構(gòu)薄膜，其特征是材料B平行于 襯底的截面形狀為圓形、方形或其它任意形狀的線、管、針、帶、錐、螺旋體；其高度為5nm-IO咖；粗細(xì)為lnm lmm;微結(jié)構(gòu)單元的間距為5nm~ 10咖。
4、 一種多組元的l-3型復(fù)合微結(jié)構(gòu)薄膜制備方法，其特征是該方法包括以下步驟(1) 在襯底表面制備相互隔離的柱狀或螺旋狀的材料B的微結(jié)構(gòu)；(2) 在材料B表面制備材料C，形成由材料B和材料C組成的微結(jié)構(gòu)單元；(3) 在所述微結(jié)構(gòu)單元中填充材料A,即形成多組元的1-3型復(fù)合微結(jié)構(gòu)薄膜。
5、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的多組元的1-3型復(fù)合微結(jié)構(gòu)薄膜制備方法，其特征是步驟(1) 中在襯底表面制備材料B的方法為噴射、濺射、蒸發(fā)、光刻、犧牲模版法、壓印、或?qū)W鍍， 電化學(xué)沉積，PVD， CVD，溶膠凝膠法、或涂覆，或以上方法任意組合。
6、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的多組元的l-3型復(fù)合微結(jié)構(gòu)薄膜制備方法，其特征是步驟(2) 中將材料C附著在材料B上的方法為噴射、濺射、蒸發(fā)、化學(xué)鍍，電鍍，PVD, CVD,溶膠凝 膠法，或涂覆，或以上方法任意組合。
7、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的多組元的l-3型復(fù)合微結(jié)構(gòu)薄膜制備方法，其特征是步驟(3) 中材料A的填充方法為噴射、濺射或蒸發(fā)、光刻、犧牲模版法、壓印、化學(xué)鍍、電鍍、PVD、 CVD、溶膠凝膠法、熔融填充法、融化填充法、涂覆、或灌注，或以上方法任意組合。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種多組元的1-3型復(fù)合微結(jié)構(gòu)薄膜及其制備方法，該微結(jié)構(gòu)薄膜包括材料A、材料B和材料C，其中材料A、B構(gòu)成1-3型微結(jié)構(gòu)薄膜的基體，材料C附著在材料B表面；材料C為單層或多層薄膜。其制備方法包括以下步驟(1)在襯底表面制備相互隔離的柱狀或螺旋狀的材料B的微結(jié)構(gòu)；(2)在材料B表面制備材料C，形成由材料B和材料C組成的微結(jié)構(gòu)單元；(3)在所述微結(jié)構(gòu)單元中填充材料A，即形成多組元的1-3型復(fù)合微結(jié)構(gòu)薄膜。本發(fā)明結(jié)構(gòu)新穎，制備簡單，可在催化、能源、機(jī)械電子等領(lǐng)域獲得應(yīng)用。
文檔編號B81B1/00GK101274737SQ200810023800
公開日2008年10月1日 申請日期2008年4月28日 優(yōu)先權(quán)日2008年4月28日
發(fā)明者盧明輝, 唐月鋒, 張善濤, 祝名偉, 陳延峰, 顧正彬 申請人:南京大學(xué)