[发明专利]一种基于褶皱的金属表面纳米结构制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种金属薄膜表面纳米结构的制备方法，尤其涉及一种基于褶皱的金属表面纳米结构制备方法。

背景技术

具有一定周期性的褶皱结构是自然界中普遍存在的现象。从巍峨的山脉地形到人类皮肤的皱纹，其特征波长可以从10³10^-3m。简单的说，能够形成周期褶皱结构的材料体系都可以简化成在较厚的弹性基底上附着薄而硬的表皮。由于材料性能的变化或是在外界载荷的作用下，当表皮所受的压应力达到临界值时就可能产生周期性的褶皱结构。迄今为止，褶皱的研究主要集中于在较厚的弹性聚合物(如PDMS)上附着较硬的表皮这种体系。较硬的表皮可以通过物理处理(如：表面氧化，紫外曝光等)使得聚合物表面改性获得，也可以通过沉积金属薄膜作为表皮。采用这种简单的厚弹性基底加刚性表皮的双层结构作为模型的研究表明，褶皱取向与压应力方向垂直，周期受材料固有力学性能及表皮厚度控制，而与压应力大小无关(J.Genzer，J.Groenewold，Soft Matter2，310(2006))。Bowden(Nature Mater.3，545-550(2004)，Appl.Phys.Lett.75，2557-2559(1999).)等人通过将热膨胀状态下的PDMS利用等离子氧化改变PDMS表层的性能或者在PDMS上沉积金属薄膜，然后冷却形成褶皱结构，所形成的褶皱取向随机分布，周期在10μm量级。同时，他们还发现通过PDMS基底上预制的三维形貌可以影响压应力的分布从而使得生成的褶皱具有一定的取向。最近几年，P.J.Yoo(Nature393，146-149(1998)，Adv.Mater.14，1383-1387(2002)，Appl.Phys.Lett.83，4444-4446(2003)；Appl.Phys.Lett.84，4487-4489(2004)，Phys.Rev.Lett.91，154502(2003))等人又通过在粘弹性的PS薄膜上沉积金属薄膜，发现在其退火过程中会产生褶皱，其周期可以达到数微米，振幅达100nm。他们还通过PDMS模板在薄膜上加压，探讨了在一定条件下控制褶皱取向的可能性。然而，上述方法可控性差，成本高，制备过程复杂。

专利公开号为：102199744A的专利文献揭示了一种具有微纳褶皱图案的薄膜制备方法，该方法采用激光对薄膜进行图案化，可以做到高度可控、可设计、可大面积实现。但是其所形成的褶皱周期依然在数百纳米的尺度上，并没有真正形成一百纳米以下的纳米尺度结构制备能力。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术中的上述缺陷，提供一种基于褶皱的金属表面纳米结构制备方法，该制备方法可以实现褶皱结构的纳米尺度在一百纳米以下，并且制备方法简便，具有可设计性。

为实现上述发明目的，本发明采用了如下技术方案：

一种基于褶皱的金属表面纳米结构制备方法，其特征在于所述制备方法包括如下步骤：

a、选取基底；

b、在所选基底上形成聚合物薄膜，并进行烘干处理，得到该聚合物薄膜的厚度为5100nm；

c、在步骤b所得的聚合物薄膜上形成金属薄膜，其厚度为220nm；

d、采用原子力显微镜在步骤c所得的金属薄膜表面进行图案化扫描；

e、将步骤d所得的产物加热至所述聚合物薄膜的玻璃化转变温度。

此外，本发明还提供如下附属技术方案：

所述步骤b中聚合物薄膜的厚度优选为510nm。

所述步骤b中的聚合物薄膜材料为聚苯乙烯。

所述步骤b中的烘干处理温度为聚合物玻璃化转化温度，或者低于聚合物玻璃化转化温度。

所述步骤c中的金属薄膜材料为锡或银。

在所述步骤c中采用真空气相沉积法制备锡薄膜或者银薄膜。

在所述步骤d中采用原子力显微镜的悬臂梁对金属表面进行图案扫描。

所述步骤a中的基底为载玻片、单晶硅片、石英玻璃、导电玻璃或者普通玻璃。

相比于现有技术，本发明的优势在于：本发明的聚合物薄膜和金属薄膜具有更小的厚度，同时又使用了具有纳米尺度刻画能力的原子力显微镜作为图形化工具，从而可以制备纳米级分辨率的表面结构。综上所述，本发明所揭示的基于褶皱的金属表面纳米结构制备方法可以实现褶皱结构的纳米尺度在一百纳米以下，并且制备方法简便，具有可设计性。

附图说明

图1是本发明中原子力显微镜对金属薄膜表面进行图像扫描的示意图。

图2是本发明中加热处理示意图。