使用自组装的聚合物纳米掩模的表面纳米制造方法
【专利说明】
[0001] 相关申请交叉参考
[0002] 本申请根据35U.S.C. § 120,要求2013年01月24日提交的美国申请系列号 13/748, 840的优先权，本文W该申请为基础并将其全文通过引用结合于此。 柳的]背景
技术领域
[0004] 本发明总体设及用于掩模表面和形成纳米尺度=维结构的材料和方法，具体来 说，设及用于形成纳米掩模和维度改变的表面的嵌段共聚物与均聚物的组合。还掲示了制 造和使用相关器件的方法。
【背景技术】 阳〇化]低成本地把纳米纹理化粧或孔图案加工到表面上对于许多应用都是商业上理想 的，包含与现代触摸屏相关的防眩光、防污去润湿性质，W及与光伏玻璃基材相关的减反射 和散射光学性质。之前，在大面积上制备具有市场竞争力、成本有效的含具体节距和直径要 求的纳米尺度的图案是个挑战。
[0006] 概述
[0007] 本发明的实施方式设及具有低制造成本的表面纳米制造技术。一些实施方式包含 把嵌段共聚物和均聚物混合物作为薄膜沉积到基材上，进一步加工薄膜来形成纳米孔，可 将材料沉积进入该纳米孔来制备纹理化基材表面，该纹理化基材表面具有在纳米尺度的维 度的元件。所设及的过程能放大到大的表面积，可在室溫下进行，且使用适度的聚合物去除 和薄膜沉积工艺，使得能W更低的制造成本来制造大规模的纳米纹理化表面。
[0008] 根据一些实施方式，用于制造纳米柱化（nanopillared)基材表面的方法可包括 把聚合物溶液施涂到基材的基材表面。所述聚合物溶液可包含具有疏水嵌段和亲水嵌段 的两性嵌段共聚物；与所述两性嵌段共聚物的亲水嵌段化学相容的亲水均聚物；和施涂溶 剂。可允许聚合物溶液中的两性嵌段共聚物和亲水均聚物在基材表面上进行自组装W形成 自组装的聚合物层。所述自组装的聚合物层可包含与基材表面相邻的疏水结构域（domain) W及亲水结构域，该亲水结构域从与基材表面相对的自组装的聚合物层的暴露的表面延伸 进入自组装的聚合物层。所述方法还可包含去除至少一部分的亲水结构域，从而在自组装 的聚合物层的暴露的表面中形成多个孔。然后，可在暴露的表面上沉积保护层，例如金属层 或介电层。当保护层在暴露的表面上时，可通过多个孔蚀刻自组装的聚合物层，W形成通 过自组装的聚合物层到达基材表面的通孔。所述方法还可包含通过通孔把形成纳米柱的材 料沉积到基材表面上，然后去除所述自组装的聚合物层来暴露上面具有多个纳米柱的纳米 柱化基材表面。
[0009] 在W下的详细描述中提出了本发明实施方式的其他特征和优点，其中的部分特征 和优点对本领域的技术人员而言，根据所作描述就容易看出，或者通过实施包括W下详细 描述、权利要求书W及附图在内的本文所述的本发明而被认识。
[0010] 应理解，前面的一般性描述和W下的详细描述介绍了各种实施方式，用来提供理 解要求保护的主题的性质和特性的总体评述或框架。包括的附图提供了对各种实施方式的 进一步的理解，附图被结合在本说明书中并构成说明书的一部分。附图W图示形式说明了 本文所述的各种实施方式，并与说明书一起用来解释要求保护的主题的原理和操作。
[0011] 附图简要说明
[0012] 图1A示意性地显示根据本文所述的实施方式的施涂聚合物溶液；
[0013] 图1B示意性地显示在基材表面上具有亲水和疏水结构域的自组装的聚合物层；
[0014] 图1C示意性地显示自组装的聚合物层，该聚合物层具有去除亲水结构域之后形 成的孔；
[0015] 图2A是根据本文所述的实施方式制备的且在将亲水结构域从自组装的聚合物层 去除之后的自组装的聚合物层的暴露的表面的扫描电子显微图象；
[0016] 图2B是在更高放大倍数下的图2A所示的暴露的表面的扫描电子显微图象；
[0017] 图3A示意性地显示根据本文所述的实施方式的通过掠射角金属沉积在自组装的 聚合物层的暴露的表面上沉积金属层；
[0018] 图3B示意性地显示根据本文所述的实施方式的把通孔蚀刻进入自组装的聚合物 层；
[0019] 图3C示意性地显示在图3B所示的蚀刻之后具有通孔的自组装的聚合物层；
[0020] 图4A示意性地显示根据本文所述的实施方式的把形成纳米柱的材料沉积进入自 组装的聚合物层中的通孔中；
[0021] 图4B示意性地显示根据本文所述的实施方式形成的具有含多个纳米柱的纳米柱 化表面的基材；
[0022] 图5A是根据本文所述的实施方式制备的具有纳米柱化表面的玻璃基材的扫描电 子显微图象；
[0023] 图5B是在更高放大倍数下的图5A所示的纳米柱化表面的扫描电子显微图象；
[0024] 图6是各种基材在可见光谱中反射率随入射光变化的图片，包含根据本文所述的 实施方式制备的具有纳米柱化表面的基材；和
[00巧]图7显示各种基材的防污特征，包含根据本文所述的实施方式制备的具有纳米柱 化表面的基材。
[0026] 详细描述
[0027] 现在将详细参考用于制造纳米柱化基材表面的方法的实施方式。首先，将参考图 1A- 5B概括描述用于制造纳米柱化基材表面的方法的示例实施方式。然后，将突出与方法 相关的特定特征、实施方法所设及的组件和设备、方法中所实施的步骤和使用该方法所能 获得的结果，详细地描述用于制造纳米柱化基材表面的方法的各种实施方式。
[0028] 参考图1A，本文所述的用于制造纳米柱化基材表面的方法可包含把聚合物溶液 100施涂到基材10的基材表面15。聚合物溶液100可包含具有疏水嵌段112和亲水嵌段 114的两性嵌段共聚物110 ;与所述两性嵌段共聚物110的亲水嵌段114化学相容的亲水均 聚物120 ;和施涂溶剂130。可允许聚合物溶液100中的两性嵌段共聚物110和亲水均聚物 120在基材表面15上进行自组装W形成自组装的聚合物层20。两性嵌段共聚物110和亲 水均聚物120的自组装见图1B。自组装的聚合物层20可包含与基材表面15相邻的疏水 结构域22W及亲水结构域24,该亲水结构域24从与基材表面15相对的自组装的聚合物 层20的暴露的表面25延伸进入自组装的聚合物层。由此，自组装过程可导致在疏水结构 域22和亲水结构域24之间形成过渡区域，该过渡区域由两性嵌段共聚物110的亲水嵌段 114组成。
[0029] 参考图1B和1C，本文所述的用于制造纳米柱化基材表面的方法还可包含去除至 少一部分的亲水结构域24,从而在自组装的聚合物层20的暴露的表面25中形成多个孔 30。在图2A和2B的沈M显微图象中，提供多孔表面结构的示例例如图1C所表示的一种。
[0030] 参考图3A，可在暴露的表面25上沉积保护层40例如金属层或介电层。在图3A 的示例实施方式中，通过掠射角（grazingangle)沉积来施涂保护层40,其中可在相对于 暴露的表面25的掠射角（glancingangle) 0下施加沉积材料200。参考图3B和3C，当保 护层40位于暴露的表面25上时，可通过使用蚀刻剂流300的蚀刻来处理自组装的聚合物 层20,例如，通过多个孔30来形成通孔50,该通孔50通过自组装的聚合物层20到达基材 表面15。
[0031] 最后参考图3C，4A，和4B，本文所述的用于制造纳米柱化基材表面的方法还可包 含通过通孔50把形成纳米柱的材料60沉积到基材表面15上。在图4A中，显示从沉积流 400例如蒸气或液体流沉积之后，形成纳米柱的材料60在通孔中累积。一旦沉积形成纳米 柱的材料60,可去除自组装的聚合物层20的其余部分，从而暴露上面具有多个纳米柱70 的纳米柱化基材表面16。因为多个纳米柱70可由形成纳米柱的材料60制成，在一些实 施方式中多个纳米柱70的组成可与基材10和/或基材表面15的组成相同。例如，当基 材10本身是玻璃时，多个纳米柱70可由玻璃制成。根据本文所述的实施方式形成的纳米 柱化基材表面16的说明性实施例见图5A和5B。
[0032] 已经描述了用于制造纳米柱化基材表面的方法的一种示例实施方式，现在更详 细地描述对示例实施方式的各种实施方式和改变。
[0033] 根据一些实施方式，用于制造纳米柱化基材表面的方法可包含把聚合物溶液施 涂到基材的基材表面。基材可为具有与如下所述的聚合物溶液化学相容的表面的任意基 材，使得当把聚合物溶液施涂到基材表面时，聚合物溶液的组分自组装W形成疏水结构 域和亲水结构域，其可分开地和独立地处理或操控来在基材表面上形成表面结构。在一些 实施方式中，基材可选自能用本文所述的方法图案化的材料，其包括但不限于金属、金属 氧化物、聚合物、氧化娃、玻璃陶瓷、陶瓷和玻璃。例如，示例玻璃包括但不限于娃酸盐玻璃、 棚娃酸盐玻璃、侣娃酸盐玻璃、棚侣娃酸盐玻璃、钢巧玻璃和大猩猩玻璃（Gorilla?Glass) (通过用钟离子交换钢强化的碱金属侣娃酸盐玻璃）。在一些实施方式中，基材可包含下 述或由下述组成：玻璃、玻璃陶瓷、金属或金属氧化物。在一些实施方式中，基材可包含玻 璃或玻璃表面。在一些实施方式中，基材由玻璃组成。在其他实施方式中，基材可包含金 属或金属氧化物。
[0034] 施涂到基材表面的聚合物溶液可包含具有疏水嵌段和亲水嵌段的两性嵌段共聚 物，与所