一种基于反转压印纳米成型技术的力响应性光子晶体材料的制备方法

摘要

本发明公开了一种基于反转压印纳米成型技术的力响应性光子晶体材料的制备方法，其采用电子束光刻技术和反应离子刻蚀技术，按预先设计的光子晶体结构参数，刻蚀出具有纳米量级图案的刚性模板作为母模板，以制备出具有逆纳米量级图案的弹性聚合物软模板，并将其作为二次模板；以高弹性凝胶作为填充材料、粘弹性聚合物作为成型材料，通过反转压印的方式，将母模板上的图案“高保真”地“复制”到粘弹性聚合物中；进而制得纳米量级的、结构可控的具有力响应性的光子晶体。本发明的制备方法相对于现有技术，具有工艺简单、流程短、工艺参数易于控制，模板可重复使用，产品精度等级高、质量稳定可靠，成本较低等特点。

主权项

一种基于反转压印纳米成型技术的力响应性光子晶体材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：第一步，石英母模板的制备步骤取一石英基片，利用电子束光刻技术和反应离子刻蚀技术，按预先设计的光子晶体结构参数，对石英基片进行表面刻蚀，在石英基片的表面上刻蚀出符合所设计的光子晶体结构参数的图案A，得到带有图案A的石英母模板；第二步，聚二甲基硅氧烷软模板的制备步骤(1)对上述石英母模板的图案A进行表面防粘处理，并在图案A的表面上旋涂一层聚二甲基硅氧烷；(2)将石英母模板及其上的聚二甲基硅氧烷置于真空干燥箱内，在‑0.1MPa下进行加压去气处理30min；再升温至120℃，在此温度下热烘10min，以使聚二甲基硅氧烷固化；(3)待聚二甲基硅氧烷完全固化后，取出，在室温下脱模，得到聚二甲基硅氧烷软模板；此时，聚二甲基硅氧烷软模板的表面带有图案B；第三步，将高弹性凝胶‑粘弹性聚合物复合层附着在硅基片衬底上的制备步骤(1)取硅基片，依次在其表面上旋涂一层聚甲基丙烯酸甲酯作为粘结层、一层高弹性凝胶作为填充层；(2)在上述聚二甲基硅氧烷软模板的图案B上，旋涂一层粘弹性聚合物作为压印层；(3)将聚二甲基硅氧烷软模板的压印层置于硅基片的填充层上，组装成压印试样，然后，将压印试样放入纳米压印机中，进行反向纳米压印，以使粘弹性聚合物与高弹性凝胶粘结成一体；(4)压印完成后，取出压印试样，在室温下脱模，得到以硅基片为衬底的高弹性凝胶‑粘弹性聚合物复合层；此时，粘弹性聚合物的表面上带有图案C，该图案C的形状、尺寸全等于图案A；(5)采用反应离子刻蚀技术，将图案C表面上的残胶层刻蚀除去；然后，再在图案C的表面上旋涂一层高弹性凝胶，将图案C的表面填充并覆盖，得到以硅基片为衬底的具有光子晶体结构的单层高弹性凝胶‑粘弹性聚合物复合层；(6)重复上述步骤(2)～(5)若干次，得到所需厚度的以硅基片为衬底的具有光子晶体结构的多层高弹性凝胶‑粘弹性聚合物复合层；第四步，将以硅基片为衬底的具有光子晶体结构的多层高弹性凝胶‑粘弹性聚合物复合层置于丙酮溶液中浸泡，溶去硅基片表面上的聚甲基丙烯酸甲酯粘结层，以使具有光子晶体结构的多层高弹性凝胶‑粘弹性聚合物复合层与硅基片分离，即得。