一种直接在疏水基底上实施蘸笔纳米刻蚀技术的方法
【专利摘要】本发明提供一种直接在疏水基底上实施蘸笔纳米刻蚀技术的方法，所述方法包括：将AFM针尖与疏水基底密封在一个充满有机溶剂蒸汽的空间内，通过所述有机溶剂蒸汽在所述AFM针尖和疏水基底上的吸附在所述AFM针尖和疏水基底之间形成液桥，将所述AFM针尖上预先吸附的物质转移到所述疏水基底的表面，制备出疏水纳米结构。本发明利用有机溶剂易于在疏水表面吸附的特点，采用有机溶剂蒸汽替代现有技术中的高湿度空气，直接在疏水基底上实施蘸笔纳米刻蚀技术制备出了疏水纳米结构，减少了制造工序，该疏水纳米结构克服了现有的亲水纳米结构易吸附空气中水分的缺陷，更加稳定，有利于降低纳米器件的封装成本，增加其使用性能并延长其使用寿命。
【专利说明】一种直接在疏水基底上实施蘸笔纳米刻蚀技术的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及纳米制造领域，更具体地涉及一种直接在疏水基底上实施蘸笔纳米刻蚀技术的方法。
【背景技术】
[0002]蘸笔纳米刻蚀技术是一种利用原子力显微镜针尖与基底间形成的液桥，将吸附在针尖表面的物质转移到基底表面，从而制备纳米结构的制造技术。具有定位准确、分辨率高、图形可任意设计等优点。目前所有的蘸笔纳米刻蚀技术都是在高湿度的空气中实施，以确保针尖与基底间能形成液桥。这就要求基底必须亲水，使其更有利于空气中的水分子吸附。
[0003]对于疏水基底而言，要成功实施蘸笔纳米刻蚀技术就必须预先对其进行修饰，包括表面氧化或接枝、吸附上一些亲水性分子。这些处理方法一方面改变了基底的表面性质，另一方面增加了处理的工序，增加了成本。更为重要的是，这些在亲水表面制备的纳米结构由于其本质上易吸附空气中的水分，而吸附的水分子又会对纳米结构的性质产生一定的影响。因此，对器件封装的要求很高，其使用寿命易受环境湿度的影响。
[0004]此外，目前的蘸笔纳米刻蚀技术都是利用高湿度空气中的水分子形成液桥来实施，只能对一些能够溶解于水中的物质进行操作，这也大大限制了该技术的应用领域。因此，很有必要开发一种能够直接在疏水基底上实施的蘸笔纳米刻蚀技术。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是提供一种直接在疏水基底上实施蘸笔纳米刻蚀技术的方法，从而解决现有技术中的蘸笔纳米刻蚀技术仅限于在亲水基底上操作，只能对溶解于水的物质进行转移，并且制造的亲水纳米结构对器件封装要求较高，使用寿命较短的缺陷。
[0006]为了解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案:
[0007]提供一种直接在疏水基底上实施蘸笔纳米刻蚀技术的方法，所述方法包括:将AFM针尖与疏水基底密封在一个充满有机溶剂蒸汽的空间内，通过所述有机溶剂蒸汽在所述AFM针尖和疏水基底上的吸附在所述AFM针尖和疏水基底之间形成液桥，将所述AFM针尖上预先吸附的物质转移到所述疏水基底的表面，制备疏水纳米结构。
[0008]优选地，所述有机溶剂能浸润所述疏水基底的表面。
[0009]优选地，所述有机溶剂不能溶胀或溶解所述疏水基底。
[0010]所述有机溶剂至少部分地溶解所述AFM针尖上预先吸附的物质。
[0011]优选地，所述有机溶剂是易挥发的醇类，苯类，醋类或醚类。例如:甲醇、乙醇、甲苯、二甲苯、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯和四氢呋喃等等。具体可根据AFM针尖上预先吸附的物质选择相应的有机溶剂，只要该有机溶剂能够溶解该物质即可。
[0012]所述有机溶剂可以是单种有机溶剂，或者是有机溶剂与水的混合物，也可以是多种有机溶剂的混合物。多种溶剂的混合比例可根据针尖上预先吸附的物质和基底的性质在0.1%到99.9%之间进行选择。
[0013]所述有机溶剂蒸汽的填充可通过风机强制填充或通过所述有机溶剂的自然挥发实现。
[0014]所述疏水基底可选自金属，有机物，无机物或高分子材料等等，只要是疏水物质皆适用于本发明。
[0015]根据本发明所使用的方法，所述疏水基底无需进行表面修饰，即可进行纳米结构的制备，减少了制造工序。
[0016]所述AFM针尖上预先吸附的物质是通过溶解-吸附-干燥或蒸镀吸附在所述AFM针尖的表面。
[0017]所述AFM针尖可以是原子力显微镜的单根探针，也可以是探针阵列。
[0018]本发明与现有技术相比具有显著的有益效果:本发明利用有机溶剂易于在疏水表面吸附的特点，采用有机溶剂蒸汽替代现有技术中的高湿度空气，直接在疏水基底上实施蘸笔纳米刻蚀技术制备纳米结构，无需对基底表面进行任何处理工序，节约了制造时间和成本；还能对溶解于有机溶剂的物质进行操作；成功制备了疏水纳米结构，大大扩展了蘸笔纳米刻蚀技术的应用领域；并且该疏水纳米结构克服了现有的亲水纳米结构易吸附空气中水分的缺陷，更加稳定，有利于降低纳米器件的封装成本，增加其使用性能并延长其使用寿命O
【专利附图】
【附图说明】
[0019]图1是本发明的原理示意图。
【具体实施方式】
[0020]以下结合具体实施例，对本发明做进一步说明。应理解，以下实施例仅用于说明本发明而非用于限制本发明的范围。
[0021]图1示出了根据本发明的一个优选实施方式的方法的原理示意图，其中，AFM针尖I与疏水基底2被密封在一个容器3中，该容器3中充满有机溶剂蒸汽4，当AFM针尖I停留在疏水基底2上时，通过有机溶剂蒸汽4在AFM针尖I和疏水基底2上的吸附形成有机溶剂液桥5，从而将AFM针尖I上预先吸附的墨水转移到疏水基底2上，进而在该疏水基底2上成功制备出纳米结构。
[0022]实施例一
[0023]利用NP-S型AFM针尖，在甲苯饱和蒸汽中实施蘸笔纳米刻蚀技术。所采用的疏水基底为石墨，力为20nN，墨水为聚甲基丙稀酸甲醋。当针尖停留在石墨表面10秒钟后，抬起针尖，并成像，可以看到石墨表面有一个光滑的亮点出现，说明成功实现了纳米结构的制备。
[0024]实施例二
[0025]利用NSC-18型AFM针尖，在乙醇饱和蒸汽中实施蘸笔纳米刻蚀技术。所采用的疏水基底为聚一甲基娃氧烧，墨水为聚乙稀卩比略烧酬。针尖在基底表面的停留时间为10秒钟，施加的力为20nN。然后抬起针尖，并成像，可以看到基底表面有一个光滑的亮点出现，说明成功实现了纳米结构的制备。
[0026]实施例三
[0027]利用NSC-18型AFM针尖，在乙醇/水为1:1的饱和蒸汽中实施蘸笔纳米刻蚀技术。所米用的疏水基底为聚一甲基娃氧烧，墨水为聚乙一醇。针尖在基底表面的停留时间为10秒钟，施加的力为20nN。然后抬起针尖，并成像，可以看到基底表面有一个光滑的壳点出现，说明成功实现了纳米结构的制备。
[0028]以上所述的，仅为本发明的较佳实施例，并非用以限定本发明的范围，本发明的上述实施例还可以做出各种变化。即凡是依据本发明申请的权利要求书及说明书内容所作的简单、等效变化与修饰，皆落入本发明专利的权利要求保护范围。本发明未详尽描述的均为常规技术内容。
【权利要求】
1.一种直接在疏水基底上实施蘸笔纳米刻蚀技术的方法，其特征在于，所述方法包括:将AFM针尖与疏水基底密封在一个充满有机溶剂蒸汽的空间内，通过所述有机溶剂蒸汽在所述AFM针尖和疏水基底上的吸附在所述AFM针尖和疏水基底之间形成液桥，将所述AFM针尖上预先吸附的物质转移到所述疏水基底的表面，制备出疏水纳米结构。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述有机溶剂能浸润所述疏水基底的表面。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述有机溶剂不能溶胀或溶解所述疏水基底。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述有机溶剂至少部分地溶解所述AFM针尖上预先吸附的物质。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述有机溶剂是易挥发的醇类，苯类，酯类或醚类。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述有机溶剂是单种有机溶剂，或有机溶剂与水的混合物，或多种有机溶剂的混合物。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述有机溶剂蒸汽的填充通过风机强制填充或通过所述有机溶剂的自然挥发实现。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述疏水基底选自金属，有机物，无机物或高分子材料中的一种。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述疏水基底无需进行表面修饰。
10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述AFM针尖为原子力显微镜的单根探针或探针阵列。
【文档编号】B82Y40/00GK104495744SQ201410784345
【公开日】2015年4月8日 申请日期:2014年12月16日 优先权日:2014年12月16日
【发明者】杨海军, 张琛, 侯铮迟, 胡钧 申请人:中国科学院上海应用物理研究所