[发明专利]金属膜中高度有序的纳米孔阵列及其制作方法

说明书

背景技术

纳米结构的自由电子型金属由于它们基于表面等离子(SP)共振激发的有趣光学性质而倍受关注。SP是沿着金属表面传播的表面电荷密度的振动波。通过调整纳米结构的几何参数控制SP性质是开发基于等离子的应用如器件制造、成像技术和信息处理的有前景的方法。薄金膜中的亚波长纳米孔阵列显示出称为“非寻常光学透射”(EOT)的特别有趣的光学现象。在某些波长下这些纳米结构比根据经典孔径理论预期的更加透明，并且可用于增强光谱和化学传感。依据此技术的传感器可提供若干优点如更高的空间分辨率、更高的再现性和更方便的实验几何。

近年来，胶体纳米平版印刷术已取得相当大的进展(Xia等人，Adv.Mater.2000，693-713；Yang等人，Small 2007，2，458-475)，并且也已用于制作显示出EOT效应的纳米结构。特别是，Murray等人(Physical Review B 69，165407-1-165407-7(2004))使用聚苯乙烯纳米球的有序单层作为利用热蒸发沉积银的沉积掩模。在银沉积之前，通过在氧等离子体中对纳米球进行反应性离子蚀刻，制得由尺寸增大的银颗粒组成的阵列，其随着蚀刻时间延长，逐渐地合并入被银膜中的周期性纳米孔阵列穿孔的连续性金属膜中。此方法需要相当昂贵的设备，并且由于等离子体蚀刻步骤必须针对每个等离子体机器重新优化，故而费时费力。此外，聚苯乙烯球的表面在暴露于等离子体期间磨损增大，致使聚合物掩模失去球形形状。聚合物球的表面粗糙度随着处理持续时间成比例地增大，这直接影响其后沉积的金属层的孔边缘的质量。鉴于此方法和现有技术的其它纳米平版印刷术的缺点，迄今，不透明金属膜中的周期性纳米孔阵列通常按照聚焦离子束、电子束平版印刷术和光刻法制作(De Leebeeck等人，Anal.Chem.2007，79，4094-4100；Sharpe等人，Anal.Chem.2008，80，2244-2249)。这些技术局限于低分辨率(光刻法)或低产量(电子束平版印刷术、聚焦离子束平版印刷术)。它们耗时，昂贵，并且仅提供小面积的纳米结构。

发明内容

因此，本发明的目的是提供在基材上的金属膜中制作高度有序的纳米孔阵列的改进的方法，该方法快速，经济且实施简单，在任何标准化学实验室中无需昂贵设备实施。另一目的是在基材上的金属膜中提供大且高度有序的纳米孔阵列，其尺寸和点阵常数可很容易地在大范围内调整。

根据本发明，通过提供如权利要求1所述的新方法以及如权利要求13所述的高度有序的纳米孔阵列来实现所述目的，所述方法涉及在基材上的金属膜中制作高度有序的纳米孔阵列的胶体纳米平版印刷术。本发明的其它方面和优选实施方案是其它权利要求的主题。

根据本发明的在基材上的金属膜中制作高度有序的纳米孔阵列的方法包括以下步骤：

a)提供包含聚N-异丙基酰胺(聚NIPAM)的微球，所述微球选自纯的聚N-异丙基酰胺(聚NIPAM)水凝胶微球以及带有聚N-异丙基酰胺(聚NIPAM)水凝胶链的聚合物微珠或无机物微珠(polymeric or inorganic beads)，

b)将所述微球的水分散体涂布到基材上并干燥所述分散体，由此产生非紧密堆积的有序的微球阵列，

c)在所述基材上产生金属膜，

d)从所述基材的表面除去微球，由此在基材上产生有序的纳米孔阵列，和

e)任选通过选择性无电镀增加所述金属膜的厚度。

在一个优选的实施方案中，本发明的方法还包括：

f)将步骤d)或步骤e)之后所得的基材在真空烘箱中保温。

意外地发现，聚N-异丙基酰胺(聚NIPAM)微球可有利地用来为基材上的金属膜提供沉积掩模，所述掩模可以快速且简单地产生和消除，并在金属膜中产生大且高度有序的纳米孔阵列。

现有技术中已知的是，自组装聚N-异丙基酰胺(聚NIPAM)微球可用来制作二维胶体阵列，这些胶体的超点阵结构可通过设计颗粒结构来控制(Tsuji and Kawaguchi，Langmuir 2005，21，2434-2437)。但是，该出版物的作者既未公开也未教导使用所述聚NIPAM微球来制作平版印刷掩模。