TWI660907B - 以溶劑處理製造奈米微結構之方法 - Google Patents
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Abstract
本發明係有關於一種以溶劑處理製造奈米微結構之方法,其利用預先齊備好的奈米微球注入於液面上形成一模版,再將模版移轉貼覆至塗佈有一光固化膠的基板上,使光固化膠固化後形成光固化膠層,去除該基板,剩下的光固化膠層以及貼覆其上的模版一同置入一非極性或低極性的溶劑中進行溶劑蝕刻,最後形成奈米微結構。所述以溶劑處理製造奈米微結構之方法不需昂貴的蝕刻機台、不受限於基板的大小、亦不需歷經耗時的分子自組裝過程,即可達到製造奈米微結構的目的。
Description
本發明係有關於一種製造奈米微結構的方法,尤指一種簡單以溶劑處理製造奈米微結構的方法。
科技的進步,伴隨著產品尺度的微小化,包含人們天天使用的手機晶片、電視面板、甚至日常生活用品,常常都需要在一材料表面形成無數個微米甚至奈米等級的微小結構,以強化其功能性;但製作如此細小結構並不容易,過去一般使用照光微影搭配電漿蝕刻技術,於一基材上製備奈米微結構,此方法需要龐大的機械設備以及昂貴的儀器方能完成,並非一般中小企業或是個人所能夠輕易完成的工程。
另也有人開發出以分子堆疊的概念,在基材上利用一模具使分子以自組裝方式緩慢堆疊累積,逐漸形成與模具形狀相對應的奈米微結構,但此方法耗時,且需精密調控分子自組裝的環境,才能堆疊出穩定又堅固的結構,實為不易。
另也有人欲開發非緊密排列的奈米空穴,其必須利用緊密排列的PS球,經過電漿蝕刻等複雜、昂貴又耗時的加工,將PS球直徑縮小,再利用翻模方法製作非緊密排列的奈米圖案。
因此現階段急需一種能夠簡單又快速於基材上製造奈米微結構的方法,以解決現有技術上花費極高、步驟繁雜又耗時的問題。
有鑑於現有技術的不足以及種種不便,本發明之目的在於提供一種無需龐大的機械設備及昂貴的儀器,並可藉由簡便之溶劑與材料搭配即可製造奈米微結構的方法。
為了達到上述目的,本發明之以溶劑處理製造奈米微結構之方法,其係包括以下步驟:(a)提供奈米微球;(b)將奈米微球依序注入一液面上,並使奈米微球於液面上整齊排列,形成一具有奈米微球結構的模版;(c)利用一板子傾斜地從液面上撈起該模版,使液體沿該傾斜的板子流出,僅留下模版;(d)提供一基板,並於該基板上塗佈有一光固化膠;此步驟可優先進行或是與上述任一步驟同時進行,並不局限於模版製備完成後才能進行;(e)將模版移轉至光固化膠內,並以光照射固化該光固化膠,以形成一光固化膠層,固化完成後去除該基板,留下光固化膠層以及貼覆其上的模版;(f)將光固化膠層以及貼覆其上的模版置入一非極性或低極性的溶劑中進行蝕刻,溶解該模版,以形成奈米微結構。
較佳的是,該奈米微球為具有核-殼(core-shell)
結構的聚苯乙烯(Polystyrene,PS)奈米微球,且該等PS奈米微球的最佳平均粒徑為200至800奈米。
較佳的是,該基板為具有透光性質的基板,最佳為聚對苯二甲酸乙二醇酯(Polyethylene terephthalate,PET)基板。
較佳的是,該非極性或低極性溶劑為甲苯或二氯甲烷等非極性或極性較低的溶劑,其主要利用溶劑所提供的分散力或凡德瓦力對光固化膠層上的模版進行蝕刻,將其溶解於溶劑中。
較佳的是,步驟(b)進一步包括:於液體中加入一界面活性劑,藉此改變液體的表面張力,進而改變奈米微球於液面上的排列情形,使奈米微球間排列地更加緊密。
更佳的是,該界面活性劑為十二烷基磺酸鈉(Sodium dodecyl sulfate,SDS)。
較佳的是,步驟(b)之具有奈米微球結構的模版於第一層之奈米微球排列完成後,進一步可選擇性地於該第一層模版上繼續排列第二層奈米微球,形成具有複數層奈米微球結構的多層模版,其藉由奈米微球表面殼層(shell)間的極性或氫鍵吸引力作用,使球與球之間相互堆疊,並待多層模版排列完成後,再依前述進行後續(c)至(f)步驟。
較佳的是,依據本發明的方法,步驟(f)包括:將光固化膠層以及貼覆其上的模版置入一非極性或低極性的溶劑中進行溶劑蝕刻,以溶解該模版,形成一具有奈米微球空穴圖案的光固化奈米微結構;以及,將一聚合物覆蓋於該具有奈米微球空穴圖案的光固化奈米微結構上,進
而於該聚合物上轉印出與奈米微球空穴圖案相對應的聚合物奈米微結構。
更佳的是,該聚合物為聚二甲基矽氧烷(Polydimethylsiloxane,PDMS)。
綜上所述,本發明之以溶劑處理製造奈米微結構之方法,其簡單利用預先齊備好的奈米微球注入於液面上排列形成一模版,再將模版移轉貼覆至塗佈有一光固化膠的基板上,使光固化膠固化後形成光固化膠層,去除該基板,剩下的光固化膠層以及貼覆其上的模版一同置入一非極性或低極性的溶劑中進行蝕刻,最後形成奈米微結構。
a1‧‧‧奈米微球
b1‧‧‧注射器
b2‧‧‧機械手臂
b3‧‧‧液面
b4‧‧‧模版
b5‧‧‧界面活性劑
c1‧‧‧板子
d1‧‧‧基板
d2‧‧‧光固化膠
e1‧‧‧光
e2‧‧‧光固化膠層
f1‧‧‧溶劑
f2‧‧‧光固化奈米微結構
f3‧‧‧聚合物奈米微結構
圖1係本發明之以溶劑處理製造奈米微結構之方法的圖示流程圖。
圖2係本發明之以溶劑處理製造奈米微結構之方法的文字流程圖。
圖3係本發明製造之具有奈米微球空穴圖案的光固化奈米微結構的SEM圖。
以下請配合圖式及本發明之較佳實施例,進一步闡述本發明為達成預定發明目的所採取的技術手段。
如圖1及圖2所示,本發明之以溶劑處理製造奈米微結構之方法,其係包括以下步驟:(a)預先齊備具有核-殼(core-shell)結構的聚苯乙烯(Polystyrene,PS)奈米微球a1;
(b)將PS奈米微球a1置入一注射器b1中,並以機械手臂b2控制該注射器b1,將PS奈米微球a1依序注入一液面b3上,並控制該注射器b1的位置及注入速率,使PS奈米微球a1於液面b3上整齊排列,形成一具有奈米微球結構的模版b4;(c)利用一板子c1傾斜地從液面b3上撈起該模版b4,使液體沿該傾斜的板子c1流出,僅留下模版b4;(d)齊備一聚對苯二甲酸乙二醇酯(Polyethylene terephthalate,PET)基板d1,並於該PET基板d1上旋轉塗佈有一光固化膠d2;此步驟可優先進行或是與上述任一步驟同時進行,並不局限於模版b4製備完成後始能進行;(e)將模版b4移轉至光固化膠d2上,並以光e1照射固化該光固化膠d2,以形成一光固化膠層e2,固化完成後去除該PET基板d1,留下光固化膠層e2以及貼覆其上的模版b4;(f)將光固化膠層e2以及貼覆其上的模版b4置入一非極性或低極性的甲苯或二氯甲烷溶劑f1中進行蝕刻,溶解該模版b4,以形成具有奈米微球空穴圖案的光固化奈米微結構f2;以及,進一步將聚二甲基矽氧烷(Polydimethylsiloxane,PDMS)聚合物覆蓋於具有奈米微球空穴圖案的光固化奈米微結構f2上,進而於該PDMS聚合物上轉印出與奈米微球空穴圖案相對應的聚合物奈米微結構f3。
上述PS奈米微球a1的平均粒徑為200至800
奈米。
前述蝕刻所用非極性或低極性的甲苯或二氯甲烷溶劑f1,其主要利用溶劑f1所提供的分散力或凡德瓦力對光固化膠層e2上的模版b4進行蝕刻,將其溶解於溶劑f1中。
前述步驟(b)進一步包括:於液體中加入一界面活性劑b5,該界面活性劑為十二烷基磺酸鈉(Sodium dodecyl sulfate,SDS),藉此改變液體的表面張力,進而改變PS奈米微球a1於液面b3上的排列情形,使PS奈米微球a1間排列地更加緊密。
前述步驟(b)之具有PS奈米微球a1結構的模版b4於第一層之奈米微球a1排列完成後,進一步可選擇性地於該第一層模版上繼續排列第二層奈米微球a1,形成具有複數層奈米微球結構的多層模版,其藉由PS奈米微球a1表面殼層(shell)間的極性或氫鍵吸引力作用,使球與球之間相互堆疊,並待多層模版排列完成後,再依前述進行後續(c)至(f)的步驟。
請參閱圖3所示,其為本發明製造之具有奈米微球空穴圖案的光固化奈米微結構f2的(a)剖面及(b)俯視SEM圖,圖中顯示該光固化奈米微結構f2的表面具有複數個奈米微球空穴,該等奈米微球空穴呈規則的排列形成奈米微球空穴圖案。
綜上所述,本發明之以溶劑處理製造奈米微結構之方法,其簡單利用預先齊備好的奈米微球注入於液面上排列形成一模版,再將模版移轉貼覆至塗佈有一光固化
膠的基板上,待光照射使光固化膠固化後,去除該基板,剩下的光固化膠層以及貼覆其上的模版一同置入一非極性或低極性的溶劑中進行蝕刻,進而形成具有奈米微球微結構的奈米微結構。此方法大為改善現有製造奈米微結構之花費極高、步驟繁雜又耗時的技術問題。
以上所述僅是本發明的較佳實施例而已,並非對本發明做任何形式上的限制,雖然本發明已以較佳實施例揭露如上,然而並非用以限定本發明,任何所屬技術領域中具有通常知識者,在不脫離本發明技術方案的範圍內,當可利用上述揭示的技術內容作出些許更動或修飾為等同變化的等效實施例,但凡是未脫離本發明技術方案的內容,依據本發明的技術實質對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化與修飾,均仍屬於本發明技術方案的範圍內。
Claims (20)
- 一種以溶劑處理製造奈米微結構之方法,其包括以下步驟:(a)提供奈米微球;(b)將奈米微球依序注入一液面上,並使奈米微球於液面上整齊排列,形成一具有奈米微球結構的模版;(c)取一板子傾斜地從液面上撈起該模版,使液體沿傾斜的板子流出,僅留下模版;(d)提供一基板,並於該基板上塗佈有一光固化膠;此步驟可優先進行或是與上述任一步驟同時進行;(e)將模版移轉至光固化膠上,並以光照射固化該光固化膠,以形成一光固化膠層,固化完成後去除該基板,留下光固化膠層以及貼覆其上的模版;(f)將光固化膠層以及貼覆其上的模版置入一非極性或低極性的溶劑中進行蝕刻,溶解該模版,以形成奈米微結構。
- 如請求項1所述的以溶劑處理製造奈米微結構之方法,其中該非極性或低極性的溶劑為甲苯或二氯甲烷。
- 如請求項1或2所述的以溶劑處理製造奈米微結構之方法,其中步驟(f)包括:將光固化膠層以及貼覆其上的模版置入一非極性或低極性的溶劑中進行溶劑蝕刻,以溶解該模版,形成一具有奈米微球空穴圖案的光固化奈米微結構;以及,將一聚合物覆蓋於該具有奈米微球空穴圖案的光固化奈米微結構上,進而於該聚合物上轉印出與奈米微球空穴圖案相對應的聚合物奈米微結構。
- 如請求項3所述的以溶劑處理製造奈米微結構之方法,其中該聚合物為聚二甲基矽氧烷。
- 如請求項1或2所述的以溶劑處理製造奈米微結構之方法,步驟(b)進一步包括:於液體中加入一界面活性劑。
- 如請求項3所述的以溶劑處理製造奈米微結構之方法,步驟(b)進一步包括:於液體中加入一界面活性劑。
- 如請求項4所述的以溶劑處理製造奈米微結構之方法,步驟(b)進一步包括:於液體中加入一界面活性劑。
- 如請求項5所述的以溶劑處理製造奈米微結構之方法,其中該界面活性劑為十二烷基磺酸鈉。
- 如請求項6所述的以溶劑處理製造奈米微結構之方法,其中該界面活性劑為十二烷基磺酸鈉。
- 如請求項7所述的以溶劑處理製造奈米微結構之方法,其中該界面活性劑為十二烷基磺酸鈉。
- 如請求項1或2所述的以溶劑處理製造奈米微結構之方法,步驟(b)之具有奈米微球結構的模版於第一層之奈米微球排列完成後,另擇地於該第一層模版上繼續排列第二層奈米微球,形成具有複數層奈米微球結構的多層模版,再依前述進行後續(c)至(f)步驟。
- 如請求項3所述的以溶劑處理製造奈米微結構之方法,步驟(b)之具有奈米微球結構的模版於第一層之奈米微球排列完成後,另擇地於該第一層模版上繼續排列第二層奈米微球,形成具有複數層奈米微球結構的多層模版,再依前述進行後續(c)至(f)步驟。
- 如請求項4所述的以溶劑處理製造奈米微結構之方法,步驟(b)之具有奈米微球結構的模版於第一層之奈米微球排列完成後,另擇地於該第一層模版上繼續排列第二層奈米微球,形成具有複數層奈米微球結構的多層模版,再依前述進行後續(c)至(f)步驟。
- 如請求項5所述的以溶劑處理製造奈米微結構之方法,步驟(b)之具有奈米微球結構的模版於第一層之奈米微球排列完成後,另擇地於該第一層模版上繼續排列第二層奈米微球,形成具有複數層奈米微球結構的多層模版,再依前述進行後續(c)至(f)步驟。
- 如請求項6所述的以溶劑處理製造奈米微結構之方法,步驟(b)之具有奈米微球結構的模版於第一層之奈米微球排列完成後,另擇地於該第一層模版上繼續排列第二層奈米微球,形成具有複數層奈米微球結構的多層模版,再依前述進行後續(c)至(f)步驟。
- 如請求項7所述的以溶劑處理製造奈米微結構之方法,步驟(b)之具有奈米微球結構的模版於第一層之奈米微球排列完成後,另擇地於該第一層模版上繼續排列第二層奈米微球,形成具有複數層奈米微球結構的多層模版,再依前述進行後續(c)至(f)步驟。
- 如請求項1所述的以溶劑處理製造奈米微結構之方法,其中該奈米微球為具有核-殼(core-shell)結構的聚苯乙烯奈米微球。
- 如請求項17所述的以溶劑處理製造奈米微結構之方法,其中該等奈米微球的平均粒徑為200至800奈米。
- 如請求項18所述的以溶劑處理製造奈米微結構之方法,其中該非極性或低極性的溶劑為甲苯或二氯甲烷。
- 如請求項19所述的以溶劑處理製造奈米微結構之方法,步驟(b)進一步包括:於液體中加入一界面活性劑。
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