本实用新型涉及纳米压印领域，尤指一种制备分级微结构的纳米压印装置。
背景技术：
纳米压印技术由华裔科学家周郁于1995提出，能够快速而又低成本的制造微纳图案，具有很大的市场前景。其中辊对辊纳米压印技术因其能够连续而又快速的制作大面积微纳图案，广泛为人们所研究。但由于纳米压印本身的固有限制，在进行高深宽比图案时压印时，应力过大易导致图案的破坏，因此，常规纳米压印难以进行分级微结构的制备。目前多采用光刻与刻蚀的方法来制备分级微结构，费时费力。《Fabrication of 3D nano-structures using reverse imprint lithography》（Kang-Soo Han等人）、《Direct Patterning of Robust One-Dimensional, Two-Dimensional, and Three-Dimensional Crystalline Metal Oxide Nanostructures Using Imprint Lithography and Nanoparticle Dispersion Inks》（Rohit Kothari在等人）均提及了制备三维微结构的方法，通过涂抹类似平坦层的方法以制备多层次的栅型微结构，但大多需要模板的旋转并对齐，而每次对模板进行旋转都需要再次进行模板与衬底的精准对齐，费时费力。在制备分级微结构的过程中，对齐显得更为重要，但也将更为耗时耗力，《Fabrication of fillable microparticles and other complex 3D microstructures》（Kevin J. McHugh等人）在制备复杂微结构的过程中使用了掩模对准器来制备复杂的三维微结构。每次对模板进行调换都需要再次进行模板与衬底的精准对齐。因为如果发生错位将导致第二层微结构难以构筑到已经压印完毕的微结构上，从而导致压印失败，难以制备分级微结构。但频繁的精准对齐所需时间较长，且对齐期间易产生误差，难以准确而又快速高效的制备分级微结构，严重的制约的其发展。对于大面积的连续压印来说，对准则是动态的，这种动态对准的难度将比静态的难度高得多，所耗费的时间也相对较长，误差也更大，精度难以达到50μm以下。
技术实现要素：
本实用新型目的是为了解决制备分级微结构需要多次的模板对齐，模板对齐所需时间较长和对齐期间易所产生的误差，难以准确而又快速高效的制备分级微结构的问题，提供一种制备分级微结构的纳米压印装置。
根据本实用新型的目的提出一种制备分级微结构的纳米压印装置，其特征在于，包括：
放卷辊，所述的放卷辊由伺服电机进行控制，衬底包裹在放卷辊上，能够在放卷辊的带动下进行运动；
张紧辊，所述的张紧辊用于控制衬底的张紧程度；
支撑辊一、支撑辊二、支撑辊三，所述的支撑辊一、支撑辊二、支撑辊三用于对衬底进行支撑；
处理腔，所述的处理腔置于可调换式涂胶装置和放卷辊之间，用于将涂有平坦层的衬底平坦化；
可调换式涂胶装置，所述的可调换式涂胶装置固定在调节装置一上，可以用于在衬底上涂抹光刻胶和平坦层；
调节装置一，所述的调节装置一用于调节可调换式涂胶装置的高度以便于可调换式涂胶装置对涂胶装置一和涂胶装置二的相互调换，并使得涂胶装置可以涂抹指定的的胶层厚度；
红外线加热装置，所述的红外线加热装置用于将光刻胶加热至玻璃化温度；
换辊装置，所述的换辊装置固定于调节装置二上，可以用于在衬底的胶层上压印出不同形状的微纳图案；
调节装置二，所述的调节装置二用于调节换辊装置的高度以便于换辊装置进行换辊，并可以使得压印辊下压指定的位移以施加相应的压印力；
背辊，所述的背辊用于对压印部分的衬底及压印辊进行支撑；
刻蚀腔，所述的刻蚀腔用于对压印完毕的图案进行刻蚀，取出残余胶层；
导向辊，所述的导向辊用于对衬底进行导向；
收卷辊，所述的收卷辊通过同步齿形带与放卷辊相连，衬底包裹在放卷辊上，收卷辊与放卷辊始终保持同步运动，使得衬底平稳运动。
根据本实用新型的目的提出的一种制备分级微结构的纳米压印装置，其特征在于，所述的可调换式涂胶装置包括：涂胶装置一、涂胶装置二和转盘，其中，转盘与伺服电机相连，通过控制伺服电机使得转盘旋转180°进行涂胶装置的调换，涂胶装置一和涂胶装置二通过轴承固定于转盘上，在圆盘旋转时始终保持水平。
根据本实用新型的目的提出的一种制备分级微结构的纳米压印装置，其特征在于，所述的涂胶装置一中储放有光刻胶。
根据本实用新型的目的提出的一种制备分级微结构的纳米压印装置，其特征在于，所述的涂胶装置一中储放有平坦层材料，所述的平坦层材料为PVA。
根据本实用新型的目的提出的一种制备分级微结构的纳米压印装置，其特征在于，所述的换辊装置包括：压印辊一、压印辊二、压印辊三和支撑架，其中，支撑架与伺服电机相连，通过控制伺服电机使得支撑架旋转120°可进行压印辊的换辊，压印辊一、压印辊二、压印辊三通过轴承固定于支撑架上，并作为主动辊，由伺服电机控制其转动，压印辊一、压印辊二、压印辊三始终保持同步转动。
根据本实用新型的目的提出的一种制备分级微结构的纳米压印装置，其特征在于，所述的压印辊一、压印辊二、压印辊三在初始装配时便已对齐完毕，且压印辊一、压印辊二、压印辊三上的图案阵列角度相同，且压印辊在支撑架上不产生相对滑动。
根据本实用新型的目的提出的一种制备分级微结构的纳米压印装置，其特征在于，所述的调节装置由高精度一维电控位移平台构成。
附图说明
图1是本实用新型的一种制备分级微结构的纳米压印装置的装置示意图；
图2a是本实用新型的一种制备分级微结构的纳米压印装置的工艺步骤示意图；
图2b是本实用新型的一种制备分级微结构的纳米压印装置的工艺步骤示意图；
图2c是本实用新型的一种制备分级微结构的纳米压印装置的工艺步骤示意图；
图2d是本实用新型的一种制备分级微结构的纳米压印装置的工艺步骤示意图；
图2e是本实用新型的一种制备分级微结构的纳米压印装置的工艺步骤示意图；
图2f是本实用新型的一种制备分级微结构的纳米压印装置的工艺步骤示意图；
图2g是本实用新型的一种制备分级微结构的纳米压印装置的工艺步骤示意图；
图2h是本实用新型的一种制备分级微结构的纳米压印装置的工艺步骤示意图；
图2i是本实用新型的一种制备分级微结构的纳米压印装置的工艺步骤示意图；
图2j是本实用新型的一种制备分级微结构的纳米压印装置的工艺步骤示意图；
图2k是本实用新型的一种制备分级微结构的纳米压印装置的工艺步骤示意图；
图2l是本实用新型的一种制备分级微结构的纳米压印装置的工艺步骤示意图；
图2m是本实用新型的一种制备分级微结构的纳米压印装置的工艺步骤示意图；
图2n是本实用新型的一种制备分级微结构的纳米压印装置的工艺步骤示意图；
图2o是本实用新型的一种制备分级微结构的纳米压印装置的工艺步骤示意图。
附图标记说明：1-放卷辊，2-衬底，3-张紧辊，4-支撑辊一，5-处理腔，6-可调换式涂胶装置，7-调节装置一，8-支撑辊二，9-红外线加热装置，10-调节装置二，11-换辊装置，12-背辊，13-刻蚀腔，14-支撑辊三，15-导向辊，16-收卷辊，601-涂胶装置一，602-涂胶装置二，603-转盘，1101-压印辊一，1102-压印辊二，1103-压印辊三，1104-支撑架，60101-光刻胶，60201-平坦层材料，110101-模板一，110102-模板一特征层，110201-模板二，110202-模板二特征层，110301-模板三，110302-模板三特征层。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型作进一步描述。
如图1所示，一种制备分级微结构的纳米压印装置，其中放卷辊1由伺服电机驱动，收卷辊16通过同步齿形带与放卷辊1相连，放卷辊1和收卷辊16始终保持同步运动，衬底2分别包覆在放卷辊1和收卷辊16上，张紧辊3用于控制衬底2的张紧程度，衬底2穿过处理腔5，衬底2下有支撑辊一4、支撑辊二8和支撑辊三14，用于对衬底2进行支撑，可调换式涂胶装置6固定在调节装置一7上，并由调节装置一7调节可调换式涂胶装置6的高度，可调换式涂胶装置6包括涂胶装置一601、涂胶装置二602和转盘603，其中，转盘603通过伺服电机控制转动，控制伺服电机使得转盘603旋转180°进行涂胶装置的相互调换，涂胶装置一601和涂胶装置二602通过轴承固定于转盘603上，在转盘603旋转时始终保持水平，红外线加热装置9固定在衬底2上方，用于对衬底2上的光刻胶60101进行加热，换辊装置11固定于调节装置二10上，并由调节装置二10控制换辊装置11的高度，换辊装置11包括压印辊一1101、压印辊二1102、压印辊三1103和支撑架1104，其中，支撑架1104由伺服电机控制转动，控制伺服电机使得支撑架1104旋转120°可进行压印辊的换辊，压印辊一1101、压印辊二1102、压印辊三1103通过轴承固定于支撑架1104上，并作为主动辊，分别由伺服电机控制其转动，压印辊一1101、压印辊二1102、压印辊三1103在初始装配时便已对齐完毕，在支撑架1104上不产生相对滑动，换辊装置11下方有背辊12进行支撑，衬底2穿过刻蚀腔13，由导向辊15进行导向，并由收卷辊16进行收集。
图2a-2o是通过本实用新型的一种制备分级微结构的纳米压印装置制备分级微结构的示意图。
根据图1、图2a-2o所示，本实用新型的具体实施方式如下。
（1）放卷辊1开始放卷衬底2，带动收卷辊16进行收卷衬底2，可调换式涂胶装置6中的涂胶装置一601对衬底2表面进行涂抹光刻胶60101，开启红外线加热装置9将光刻胶60101加热至压印温度后，由压印辊一1101进行压印，压印完毕后进行脱模，衬底2经由刻蚀腔13进行刻蚀，去除残留的光刻胶60101，在这段时间中，光刻胶60101已经在空气中冷却固化，其后收卷辊16将衬底2进行收集，收卷辊16将衬底2收集完毕后，关闭红外线加热装置9，调节装置一7控制可调换式涂胶装置6向上位移，可调换式涂胶装置6旋转180°，对涂胶装置一601和涂胶装置二602的位置进行调换，调节装置二10控制换辊装置11向上位移，支撑架1104旋转120°进行压印辊的调换，换为压印辊二1102。
（2）伺服电机控制放卷辊1进行反转，此刻收卷辊16进行放卷，放卷辊1进行收卷，使衬底2回到初始位置（即从放卷辊1放出之前的位置），衬底2上已经存在一层压印的微结构，调节装置一7控制可调换式涂胶装置6向下位移，对衬底2涂抹一层平坦层材料60201后，经由处理腔5进行平坦层材料60201的平坦化，最后由放卷辊1进行收集，调节装置一7控制可调换式涂胶装置6向上位移，可调换式涂胶装置6旋转180°，将涂胶装置一601和涂胶装置602的位置进行调换后，调节装置一7控制可调换式涂胶装置6向下位移，控制放卷辊1进行反转，此刻收卷辊16进行收卷，放卷辊1进行放卷，表面平坦化之后的衬底2经过涂胶装置一601旋涂一层光刻胶60101，开启红外线加热装置9将光刻胶60101加热至压印温度，调节装置二10控制换辊装置11向下位移，通过压印辊二1102对涂有光刻胶60101的衬底2进行压印，压印完毕后进行脱模，衬底2经由刻蚀腔13进行刻蚀，去除残留的光刻胶60101后，由收卷辊16进行收集，收卷辊16收集完毕后，关闭红外线加热装置9，调节装置一7控制可调换式涂胶装置6向上位移，可调换式涂胶装置6再次旋转180°，对涂胶装置一601和涂胶装置二602的位置进行调换，调节装置二10控制换辊装置11向上位移，支撑架1104旋转120°进行压印辊的调换，调换为压印辊三1103。
（3）控制放卷辊1进行反转，此刻收卷辊16进行放卷，放卷辊1进行收卷，使衬底2回到初始位置，此时，衬底2上已经有两层压印的微结构，调节装置一7控制可调换式涂胶装置6向下位移，第二次压印完毕的衬底经过涂胶装置二602涂抹一层平坦层材料60201后，经由处理腔5进行平坦层材料60201的平坦化，最后由放卷辊1进行收集，调节装置一7控制可调换式涂胶装置6向上位移，可调换式涂胶装置6旋转180°，再次对涂胶装置一601和涂胶装置二602进行调换后，调节装置一7控制可调换式涂胶装置向下位移，控制放卷辊1进行反转，此刻收卷辊16进行收卷，放卷辊1进行放卷，表面平坦化之后的衬底2经过涂胶装置一601再次旋涂一层光刻胶60101，开启红外线加热装置9将光刻胶60101加热至压印温度，调节装置二10控制换辊装置11向下位移，通过压印辊三1103对涂有光刻胶60101的衬底2进行压印，压印完毕后进行脱模，经由刻蚀腔13进行刻蚀，去除残留的光刻胶60101，由收卷辊16进行收集，将衬底2取下，展开并平整的浸入水中，去除平坦层材料60201，放入加热箱进行加热，使得经过三次压印的微结构粘结，得到分级微结构。