一种多晶超薄金属薄膜及二维纳米图形的制备方法

摘要

本发明是一种多晶超薄金属薄膜及二维纳米图形的制备方法，该方法包括：利用紫外光刻工艺制备具有特殊形貌的单元组成的二维阵列结构，形成聚合物掩膜；通过抗坏血酸AA修饰的高产率银纳米板溶液实现单分散银纳米板在衬底的密集自组装；通过显影液去除聚合物掩膜，在衬底上形成图案化自组装银纳米板阵列；通过物理或化学方法去除衬底上的银纳米板包裹；最后通过续生长形成(准)连续的多晶超薄金属薄膜及二维纳米图形。本发明实现了特殊平面结构亚波长器件的大规模制备，解决了困扰大面积金属薄膜光电器件应用的关键问题，极大降低了器件的损耗，提升了器件的性能，实现了最低10纳米的超薄连续金属膜的制备，是对现有制备工艺的突破。

主权项

一种多晶超薄金属薄膜及二维纳米图形的制备方法，其特征在于该方法包括以下步骤：步骤一：聚合物掩膜制备过程在第一衬底(1‑1)上旋涂紫外光敏聚合物(2)，经过紫外线(3)曝光、显影，将掩膜版(4)上的图形(5)转移到紫外光敏聚合物(2)上，从而得到对应图形(5)的聚合物掩膜(6)；步骤二：单分散银纳米板自组装过程利用晶种法制得高产率的银纳米板溶液，将高产率的银纳米板溶液高速离心1‑2次，去除第一银纳米板(7‑1)表面的包裹，并配制成银单质浓度为0.001‑100mmol/L的初始溶液；依次向初始溶液中加入聚乙烯吡咯烷酮PVP和抗坏血酸AA，充分搅拌，得到自组装溶液(8)；将由步骤一得到的带有聚合物掩膜(6)的第二衬底(1‑2)浸泡在自组装溶液(8)中；自组装溶液(8)中的第一银纳米板(7‑1)在抗坏血酸的作用下逐渐粘附在第二衬底(1‑2)上；严格控制浸泡时间在8‑12小时内，自组装溶液(8)中的第一银纳米板(7‑1)在第二衬底(1‑2)上形成一层单层颗粒紧密排列的非连续银膜；通过剥离液去除聚合物掩膜(6)及聚合物掩膜(6)上的第二银纳米板(7‑2)，得到不带聚合物掩膜(6)的第三衬底(1‑3)及第三衬底(1‑3)上图案化的第三银纳米板(7‑3)；步骤三：第三银纳米板(7‑3)续生长链接过程利用乙醇、丙酮或氯仿等有机溶剂浸泡或利用等离子刻蚀或利用紫外/臭氧清洗等方法处理第三衬底(1‑3)，去除第三银纳米板(7‑3)表面的封盖剂，得到表面干净的第四银纳米板(7‑4)；配置还原剂和表面活性剂的混合溶液(9)；将处理过的第三衬底(1‑3)浸泡在混合溶液(9)中，经3‑5分钟充分浸泡后加入续生长溶液(10)，第三衬底(1‑3)上的第四银纳米板(7‑4)逐渐长大，颗粒间缝隙逐渐减小，最终连接在一起，形成与掩膜版(4)上的图形(5)相似形状的同质或异质多晶超薄金属薄膜及二维纳米图形(11)；控制续生长时间在0.05‑3小时，否则时间过长，会长成多层堆叠的金属膜。