CN109835869B - 一种微纳通孔模板及其制备方法与应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种微纳通孔模板及其制备方法与应用，所述微纳通孔模板的制备方法，包括如下步骤：S1.在叶片上沉积亲水薄膜；S2.将PDMS与固化剂混合均匀后，浇注在亲水薄膜上，得到PDMS模板；S3.剥离叶片，得到叶片表面微纳结构的反结构模板；S4.减薄步骤S3中的反结构模板，得到微纳通孔模板。本发明在叶片上沉积亲水薄膜，利用叶片表面的微纳结构制备反结构模板，并通过减薄反结构模板，得到微纳通孔模板。本发明提供的制备方法工艺简单，成本较低，不需要复杂的设备，并且对环境污染程度低，解决了孔模板制备工艺复杂，成本较高的问题。

Description

一种微纳通孔模板及其制备方法与应用

技术领域

本发明涉及微纳器件制备与应用技术领域，更具体地，涉及一种微纳通孔模板及其制备方法与应用。

背景技术

自从1984年德国的Gleiter成功制备出纳米块状金属晶体铁、铜等以来，对纳米材料的研究逐渐成为材料领域的一个热点，纳米材料因其结构上的特性而在催化、医学、水体处理、光吸收等方面具有广阔的应用前景，而如何制备出理想的纳米材料也成为了研究热点。纳米材料的制备研究中，其材料的组成、结构、形貌、排布等等的控制都将影响纳米材料预期的特殊物理性质。因此，模板法制备纳米材料引起了广泛的重视，与普通方法不同，其反应始终都是在有效控制的范围区域进行，模板法制备纳米材料具有较好的灵活性，可以较好地控制纳米材料的尺寸和结构，也能够防止纳米材料团聚现象的发生。

孔模板作为模板法制备纳米材料的核心，是制备出理想纳米材料的关键，而不少孔模板的制备方法上也存在成本较高，工艺复杂等问题。例如制备阳极氧化铝模板（AAO模板）的工艺中，涉及高温退火，电化学抛光，阳极氧化，扩孔等等工艺步骤，孔模板不仅存在着制备工艺复杂问题，使用后的酸性电解液对环境也造成了一定的污染。因此在孔模板的制备工艺中，如何实现低成本、清洁、简易将是模板法制备纳米材料领域面临的严峻的挑战。

因此，需要研究一种工艺简单、成本低的微纳通孔模板的制备方法。

发明内容

本发明为克服上述现有技术所述孔模板的制备工艺复杂和成本较高的缺陷，提供一种微纳通孔模板的制备方法，提供的制备方法工艺简单，成本较低，不需要复杂的设备，并且对环境污染程度低，解决了孔模板制备工艺复杂，成本较高的问题。

本发明的另一目的在于提供上述制备方法所制得的微纳通孔模板。

本发明的还一目的在于提供上述微纳通孔模板在制备纳米材料或微纳器件中的应用。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种微纳通孔模板的制备方法，包括如下步骤：

S1. 在叶片上沉积亲水薄膜；

S2. 将PDMS与固化剂混合均匀后，浇注在亲水薄膜上，得到PDMS模板；

S3. 剥离叶片，得到叶片表面微纳结构的反结构模板；

S4. 减薄步骤S3中的反结构模板，得到微纳通孔模板。

本发明提供的微纳通孔模板的制备方法，是在叶片上沉积亲水薄膜，利用叶片表面的微纳结构制备反结构模板，并通过减薄反结构模板，得到微纳通孔模板。亲水薄膜有利于后续步骤中叶片与PDMS模板的分离，使得PDMS模板更加完整地复制叶片表面的微纳结构。该制备方法工艺简单，成本较低，不需要复杂的设备，并且对环境污染程度低。本发明解决了孔模板制备工艺复杂，成本较高的问题。

优选地，步骤S1中所述亲水薄膜为氧化铝薄膜、氧化钛薄膜或二氧化铪薄膜。更优选地，步骤S1中所述亲水薄膜为氧化钛薄膜。

亲水薄膜可以增加反模溶液与叶片的接触面积，使得PDMS模板更加完整地复制叶片表面的微纳结构，并且亲水薄膜有利于后续步骤中PDMS模板与叶片的剥离。

优选地，步骤S1中所述亲水薄膜的厚度为2 nm~20 nm。更优选地，步骤S1中所述亲水薄膜的厚度为10 nm。

优选地，步骤S1中所述叶片为荷叶、水稻叶、玫瑰花瓣。

更优选地，步骤S1中所述叶片为荷叶。

优选地，所述荷叶为成熟的新鲜荷叶。将叶片剪裁成所需形状。

优选地，所述形状为圆形。

优选地，步骤S1中所述叶片的乳突高度为6~13 μm。

优选地，步骤S1中所述沉积为原子层沉积（ALD）、分子层沉积（MLD）或电子回旋共振等离子体辅助脉冲激光沉积（ECR-PLD）。更优选地，步骤S1中所述沉积为原子层沉积（ALD）。

本发明中，所述PDMS为聚二甲基硅氧烷。

优选地，所述固化剂为二月二丁基肉桂酸锡的交联剂。

优选地，步骤S2中所述PDMS与固化剂的质量比为5~30∶1。更优选地，步骤S2中所述PDMS与固化剂的质量比为10∶1。

优选地，步骤S2中所述PDMS模板的厚度为15 μm~100 μm。更优选地，步骤S2中所述PDMS模板的厚度为15 μm。

优选地，所述PDMS模板的制备方法还包括烘干固化的步骤。

优选地，步骤S3中所述剥离的方式为利用微型机械手剥离。

优选地，步骤S4中所述减薄采用离子减薄技术。

优选地，步骤S4中所述微纳通孔模板为微米通孔模板或纳米通孔模板。

优选地，所述微米通孔模板的厚度为4~12 μm。更优选地，所述微米通孔模板的厚度为11μm。

优选地，所述微米通孔模板的孔径为3~10μm。更优选地，所述微米通孔模板的孔径为5μm。

优选地，所述纳米通孔模板的厚度为5~13μm。更优选地，所述纳米通孔模板的厚度为12μm。

优选地，所述纳米通孔模板的孔径为5~100 nm。更优选地，所述纳米通孔模板的孔径为20 nm。

本发明同时保护上述制备方法制得的微纳通孔模板。

本发明还保护上述微纳通孔模板在制备纳米材料或微纳器件中的应用。

本发明还保护上述微纳通孔模板在量子点中的应用。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明在叶片上沉积亲水薄膜，利用叶片表面的微纳结构制备反结构模板，并通过减薄反结构模板，得到微纳通孔模板。本发明提供的制备方法工艺简单，成本较低，不需要复杂的设备，并且对环境污染程度低，解决了孔模板制备工艺复杂，成本较高的问题。

附图说明

图1为实施例1的微纳通孔模板制备方法的工艺流程图。

图2为荷叶的表面结构示意图。

图3为实施例1的微纳通孔模板制备方法步骤S1中呈现的结构示意图。

图4为实施例1的微纳通孔模板制备方法步骤S2中呈现的结构示意图。

图5为实施例1的微纳通孔模板制备方法步骤S3中呈现的结构示意图。

图6为实施例1的微纳通孔模板制备方法步骤S4中呈现的微米通孔结构的轴向截面图。

图7为实施例2的微纳通孔模板制备方法步骤S4中呈现的微米通孔结构的轴向截面图。

其中，1、所需形状的荷叶，2、亲水薄膜，3、PDMS模板，30、微米通孔模板，31、纳米通孔模板。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明作进一步的描述，但本发明的实施方式不限于此。实施例中的原料均可通过市售得到；除非特别说明，本发明采用的试剂、方法和设备为本技术领域常规试剂、方法和设备。

请参阅图1~6。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

实施例1

一种微纳通孔模板的制备方法，包括如下步骤：

S1. 将成熟的新鲜荷叶剪裁成所需形状，采用原子层沉积法，在圆形的荷叶上沉积一层10 nm氧化钛薄膜；

S2. 将PDMS与二月二丁基肉桂酸锡的交联剂固化剂按质量比为10∶1混合均匀后，浇注在氧化钛薄膜上，烘干固化，得到厚度为15 μm的PDMS模板；

S3. 剥离叶片，得到叶片表面微纳结构的反结构模板；

S4. 使用离子减薄技术减薄步骤S3中的反结构模板，得到厚度为11 μm的微米通孔模板，孔径为5μm。

实施例2

一种微纳通孔模板的制备方法，包括如下步骤：

S1. 将成熟的新鲜水稻叶剪裁成所需形状，采用原子层沉积法，在圆形的荷叶上沉积一层2 nm氧化铝薄膜；

S2. 将PDMS与二月二丁基肉桂酸锡的交联剂固化剂按质量比为5∶1混合均匀后，浇注在氧化铝薄膜上，烘干固化，得到厚度为15 μm的PDMS模板；

S3. 剥离叶片，得到叶片表面微纳结构的反结构模板；

S4. 使用离子减薄技术减薄步骤S3中的反结构模板，得到厚度为11 μm的微米通孔模板，孔径为4 μm。

实施例3

一种微纳通孔模板的制备方法，包括如下步骤：

S1. 将成熟的新鲜番薯叶剪裁成所需形状，采用原子层沉积法，在圆形的荷叶上沉积一层20 nm二氧化铪薄膜；

S2. 将PDMS与二月二丁基肉桂酸锡的交联剂固化剂按质量比为30∶1混合均匀后，浇注在二氧化铪薄膜上，烘干固化，得到厚度为15 μm的PDMS模板；

S3. 剥离叶片，得到叶片表面微纳结构的反结构模板；

S4. 使用离子减薄技术减薄步骤S3中的反结构模板，得到厚度为11μm的微米通孔模板，孔径为9μm。

实施例4

本实施例与实施例1的区别在于，本实施例的亲水薄膜为氧化铝薄膜，得到厚度为11μm的微米通孔模板，孔径为4μm；

其他原料步骤及操作条件与实施例1一致。

实施例5

本实施例与实施例1的区别在于，本实施例的亲水薄膜为二氧化铪薄膜，得到厚度为11μm的微米通孔模板，孔径为3μm；

其他原料步骤及操作条件与实施例1一致。

实施例6

本实施例与实施例1的区别在于，本实施例通过离子减薄技术得到厚度为12μm的纳米通孔模板，孔径为20nm；

其他原料步骤及操作条件与实施例1一致。

对比例1

一种通孔模板的制备方法，包括如下步骤：

S1. 将成熟的新鲜荷叶剪裁成所需形状；

S2. 将PDMS与二月二丁基肉桂酸锡的交联剂固化剂按质量比为10∶1混合均匀后，浇注在荷叶上，烘干固化，得到厚度为15 μm的PDMS模板；

S3. 剥离叶片，得到反结构模板；

S4. 使用离子减薄技术减薄步骤S3中的反结构模板，无法得到微米通孔模板，也无法得到纳米通孔模板。

但由于此对比例1中，没有在叶片上覆盖一层亲水薄膜，导致PDMS模板无法完整地复制叶片上的结构，因此利用离子减薄技术减薄模板后无法得到微通孔模板。

将实施例1和实施例4~5进行对比可知，采用氧化钛薄膜的效果优于氧化铝薄膜和二氧化铪薄膜。由于氧化钛的亲水基团多于氧化铝和二氧化铪，因此氧化钛的亲水性更佳，可以更加完整地复制叶片表面的乳突结构。

综上所述，本发明利用叶片表面的微纳结构制备微纳通孔模板，制备方法工艺简易，成本较低，不需要复杂的设备。并且本发明基于叶片表面微纳结构的微纳通孔模板制备方法是以天然叶片作为植物模板制备微纳通孔模板，具有工艺清洁无污染的特点。制备工艺清洁，对环境污染程度低。本发明提供的微纳通孔模板制备方法，解决了孔模板的制备工艺复杂，成本较高的问题。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种微纳通孔模板的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1.在叶片上沉积亲水薄膜；

S2.将PDMS与固化剂混合均匀后，浇注在亲水薄膜上，得到PDMS模板；

S3.剥离叶片，得到叶片表面微纳结构的反结构模板；

S4.减薄步骤S3中的反结构模板，得到微纳通孔模板。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤S1中所述亲水薄膜为氧化钛薄膜、氧化铝薄膜、或二氧化铪薄膜。

3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤S1中所述亲水薄膜为氧化钛薄膜。

4.根据权利要求1～3任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤S1中所述亲水薄膜的厚度为2nm～20nm。

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤S1中所述叶片为荷叶、水稻叶、玫瑰花瓣。

6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤S1中所述叶片的乳突高度6～13μm。

7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，步骤S2中所述PDMS模板的厚度为15μm～100μm。

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