新型纳米压印材料的研究与应用

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纳米技术从上世纪50年代中期开始至今经历了一个蓬勃的发展,人们对于纳米尺度下的结构与材料的研究表现出了极大的热情,也基于此,各种纳米加工技术如光学光刻技术、离子束加工技术、电子束曝光技术、纳米压印技术、自组装技术等应运而生且不断发展。在这其中,纳米压印技术由于其高分辨率、高产率以及低成本的加工优点,得到了人们的广泛关注,是目前实验室制备纳米图案的主要方法之一,同时在工业生产中也初步得到了应用。纳米压印胶作为纳米压印技术中最关键的要素之一,广泛应用于热纳米压印、紫外光固化纳米压印和软光刻(soft lithography)工艺中,按照压印类型,主要可以分为热塑型纳米压印胶和紫外光固化纳米压印胶。目前常用的热塑型纳米压印胶主要有聚甲基丙烯酸甲酯和聚苯乙烯,在纳米压印中各有优缺点;基于阳离子聚合的紫外光固化中的引发剂目前主要是一些光产酸剂,但是这类引发剂在光照后容易产生对压印胶材料或者衬底有腐蚀性的酸类物质。本文的工作主要针对这两个问题做了改进,具体如下:合成了一种热塑性高分子聚甲基丙烯酸异冰片酯(PIBMA)并将其应用于纳米压印胶中。利用自由基聚合反应,以甲基丙烯酸异冰片酯为单体合成了不同分子量的PIBMA,研究了引发剂的用量对于聚合物分子量的影响。测试了不同分子量的PIBMA的热分解温度、玻璃化转变温度等,将其应用于热纳米压印胶中,研究了分子量对于压印图形保真度的影响。选择一个合适分子量的PIBMA作为热纳米压印胶,利用不同的压印模板进行压印,获得了亚50nm尺度图形的复制能力。与常用的PMMA相比,PIBMA具有更高的机械强度和更好的抗刻蚀性:与常用的PS相比,PIBMA具有更好的举离效果。聚甲基丙烯酸异冰片酯在光学增透中的应用。蓝宝石由于其机械强度高、热力学和化学性质稳定,具有一定的光学透过率,因此作为一些器件和设备的屏幕逐渐得到了应用。但是存在一个最主要的问题,可见光波段范围内的光学透过率只有65%~75%,这也限制了它的应用。由于聚甲基丙烯酸异冰片酯具有很高的光学透过率,我们在蓝宝石衬底上以PIBMA为压印胶,利用纳米压印制备了不同的光子晶体结构,以提升蓝宝石的光学透过率。蓝宝石平片的透射率在65%到75%之间,具有600 nm周期孔阵列结构的蓝宝石片透射率达到80%-90%。光产碱剂的合成与应用。在阳离子聚合的紫外光固化体系中常使用光酸剂作为引发剂,然而光酸剂在曝光后容易产生对压印胶材料或者衬底具有腐蚀性的酸类物质,因此限制了这种光酸剂的使用。光产碱剂也可以作为一类引发剂,目前它的研究并不多,在纳米压印胶中的应用也很少。我们合成了一种光产碱剂N-N二甲基二硫代氨基苯乙酮,简称QAsalt Ⅰ-S。并将其应用于紫外光固化纳米压印胶中,利用红外光谱研究了其光引发过程,同时利用复合纳米压印(HNSL)技术验证了这种以光产碱剂为引发剂的纳米压印胶的压印性能。
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