Nanomoulding функциональных материалов, Универсальный дополнительный метод репликации Шаблон для Nanoimprinting

Общая цель этой процедуры заключается в переносе узора из произвольной мастер-структуры в функциональный материал. В этом видео показана процедура с использованием оксида цинка в качестве функционального материала: перенос шаблона осуществляется путем предварительного изготовления отрицательной формы из основной структуры. Вторым шагом является создание реплики оксида цинка путем добавления сначала слоя антиприлипания к форме, за которым следует осаждение оксида цинка, затем оксид цинка закрепляется на окончательной стеклянной подложке с помощью УФ-отверждаемой смолы и, наконец, высвобождается из формы.

В конечном счете, с помощью этой техники можно изготовить несколько функциональных копий из одной мастер-формы, в то время как другая печать традиционно служит для моделирования ультрафиолетовой или термически отверждаемой смолой. Нанолитье может быть распространено на многие другие функциональные материалы, стеки материалов и даже готовые устройства, при условии, что материал формы выбран совместимым с процессом осаждения материала. Впервые идея этого метода пришла нам в голову, когда мы попытались найти способ получения прозрачного проводящего нанопечатного электрода, как это делают коммерчески доступные нанопечатные смолы.

Нам нужно было найти другой путь, и именно поэтому мы разработали наноформование. Как правило, индивидуумы знакомы с этим методом с трудом, потому что свойства анионов должны быть тщательно отрегулированы. Здесь показаны три сборные мастер-конструкции.

Слева – пластиковая фольга с линейной решеткой, выполненная с использованием интерференционной литографии. В центре находится текстурированная алюминиевая пластина, изготовленная с использованием анодного окисления и последующего травления слоя оксида алюминия. А справа — текстурированный слой оксида цинка на стекле, выращенном методом химического осаждения из газовой фазы.

Образец оксида цинка будет использован в этой демонстрации для подготовки к нанесению антиаинового слоя. Сначала покройте текстурированный мастер пятнистым слоем хрома толщиной от пяти до 10 нанометров, чтобы способствовать адгезии анти-аинового агента. Далее нанесите небольшую каплю анти-айана на предметное стекло.

Перенесите предметное стекло вместе с мастером в вакуумную камеру и откачайте вниз. Достаточно легкого вакуума для того, чтобы анти-айан агент испарился и оседал на ведущем устройстве. Затем выньте мастер из вакуумной камеры и поставьте в духовку при температуре 80 градусов Цельсия на один-два часа для нанесения анти-аинового покрытия на Aneel.

Самым сложным аспектом этой процедуры является регулировка свойств антиазиатского слоя для предотвращения самопроизвольного разлива, гарантируя при этом возможность контрольного пилинга. Для того чтобы добиться этого, свойства слоя anti edition корректируются опытным путем. Далее подготовьте форму, очистив полиэтиленовый нафт, алат или лист ручки в ультразвуковой ацетоновой ванне в течение двух минут, после чего следует ультразвуковая изопропаноловая ванна.

Еще на две минуты снимите лист с ванны и еще раз промойте свежим изопропанолом перед сушкой азотом. Затем поместите лист ручки в котер-споттер и нанесите слой хрома от пяти до 10 нанометров на лист ручки. Затем переложите лист ручки в отжимную машину и добавьте от одного до двух миллилитров мосы, УФ-отверждаемой смолы, на слой отжима пера со скоростью 5 000 оборотов в минуту.

Чтобы получить равномерное покрытие, предварительно запекайте только что покрытый лист ручки на горячей плите при температуре 80 градусов Цельсия в течение пяти минут. Для испарения растворителя необходимо улучшить однородность пленки и улучшить смолу в дополнение к листу загона. Затем поместите лист ручки внутрь наноимпринтера так, чтобы УФ-отверждаемая смола была направлена вверх, а мастер перевернут вверх ногами на кронштейнах держателя.

Установите на место крышку установки наноимпринтинга и опорожните вакуумную камеру, включив насос. Оттяните рычаги держателя, чтобы опустить мастер на УФ-отверждаемую смолу. На листе ручки надавите на гибкую силиконовую мембрану, которая делит вакуумную камеру пополам, вентилируя верхний отсек и поддерживая вакуум в нижней камере.

Это толкает гибкую мембрану к нижней части установки, обеспечивая давление штамповки при сохранении давления на мембрану. Подвергните УФ-отверждаемую смолу через боковую сторону ручки воздействию светодиодного ультрафиолетового света в течение 15-20 минут, чтобы спровоцировать реакцию сшивания. Затем проветриваем нижнюю часть вакуумной камеры, чтобы ослабить давление на силиконовую мембрану и извлечь образец.

Аккуратно возьмитесь за форму и медленно снимите ее с мастер-конструкции. Затем поместите форму в духовку и запекайте ее при температуре 150 градусов Цельсия в течение трех-пяти часов, чтобы улучшить термическую стабильность смолы. Наконец, после нанесения анионного слоя на форму, как показано ранее, образец готов к осаждению оксида цинка, чтобы начать химическое осаждение оксида цинка из газовой фазы.

Сначала поместите подготовленную форму для ручки на предметное стекло. Поместите металлическую раму на верхнюю часть формы, чтобы не согнуть ее во время химического осаждения из газовой фазы. Затем поместите форму на горячую пластину реактора химического осаждения из газовой фазы при температуре 155 градусов Цельсия, пока форма нагревается.

Закройте насос реактора до уровня ниже 10 до минус трех миллибар и дайте возможность термализации. Затем вводят в состав прекурсор газов воды и этального цинка вместе с небольшим количеством диборана, разведенного в аргоне, для легирования в течение 10 минут. При технологическом давлении 0,4 миллибар создается слой оксида цинка толщиной в два микрона.

После осаждения осторожно удалите форму, чтобы избежать чрезмерного изгиба только что нанесенного слоя, что может привести к самопроизвольному отслаиванию. Чтобы начать перенос слоев, сначала подготовьте стекольные стекла к отжимному покрытию, промыв их ацетоном, а затем изопропанолом. Затем подсушите горки струей азота.

Затем нанесите слой от одного до двух миллилитров УФ-отверждаемой смолы на предметное стекло при 5000 оборотах в минуту, закрепите форму, несущую нанесенные слои, на окончательную подложку с помощью нанопринтера, как было показано ранее во время изготовления формы. Тем не менее, вместо мастер-формы форма устанавливается в держатели и опускается на стеклянную подложку, покрытую смолой, прежде чем она отверждается ультрафиолетовым светом. Наконец, завершите перенос, вручную сняв форму со стеклянного предметного стекла, несущего перенесенный слой оксида цинка.

Нанолитье воспроизводит наноразмерные особенности, такие как пирамидальная текстура слоя оксида цинка, показанная на изображении сканирующего электронного микроскопа слева. На правом изображении показана нанолитая копия атомно-силовой микроскопии, или ФМ, используемая для изображения показанной здесь поверхности с различной интенсивностью оранжевого цвета, который представляет высоту поверхности. Эта информация используется для измерения разницы в высоте и угле между формой, показанной черным цветом, и репликой, показанной красным цветом.

Что касается слоя оксида цинка, то различия между формой и копией были очень незначительными, что свидетельствует о высокой точности процесса наноформования. Отдельные линии решетки, полученные с помощью интерференционной литографии, показанной слева, также хорошо воспроизводятся на реплике, показанной справа. Гистограммы с увеличенным углом, которые соответствуют этому шаблону, также имеют очень похожую форму.

Тем не менее, есть небольшой сдвиг в сторону нижних углов в реплике, показанной красным цветом внизу справа слева, уникальные особенности массива ямочек, полученных путем антик-окисления алюминия, и соответствующей реплики справа. При использовании этого паттерна обнаруживается небольшое сглаживание особенностей. Это проявляется в небольшом смещении в сторону нижних углов для реплики на гистограмме угла, показанной в правом нижнем углу.

Мастер по формовке анома может быть выполнен за несколько часов при правильном выполнении. Таким образом, наноформование проложило путь исследователям в области фотовольтаики к изучению новых нанофотонных структур в солнечных батареях. После этих процедур можно запатентовать другие функциональные материалы, что открывает двери для широкого спектра применения.

Не забывайте, что работа с химическими веществами, газами, ультрафиолетовыми излучениями, источниками излучения и вакуумным оборудованием может быть опасной, поэтому следует постоянно носить соответствующие средства индивидуальной защиты, а перед выполнением этой процедуры следует проверить правильность установки оборудования.