[发明专利]微接触压印实现图形化ZnO纳米线阵列的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于微纳制造技术领域，具体涉及微接触压印实现图形化ZnO纳米线阵列的制备方法。

背景技术

近年来，一维ZnO纳米线作为一种重要的功能氧化物半导体材料，由于其在光电器件，近紫外发光器件，基于场发射平板显示器以及自组装三维纳米级系统上的应用潜力，吸引了人们越来越多的关注。关于ZnO纳米线的取向性、尺寸以及沉积位置等方面的研究已被广泛的报道。为了实现结构化的电子器件，微结构图形化的ZnO纳米线阵列的发展已成为必然，微结构化的实现将对以上器件的性能提高和特性发展具有重要的意义。

目前，已经报道了许多采用不同的方法实现一维ZnO纳米材料的图形化，而ZnO纳米线的图形化最根本的就是ZnO种子层的图形化，目前，种子层图形化的方法包括了：光刻法、电子束光刻法与后续金属Zn沉积工艺(磁控溅射沉积与选择性的腐蚀，或者是金属有机气相沉积法)；亲水/疏水相互作用自组装单分子层；自组装微球单层膜；离子束聚焦等。对于以上的这些技术，后续ZnO纳米线选择性的生长需要高级的设备、长的耗费时间、苛刻的制备条件(高温、高压)和贵金属催化的辅助(例如Au、Ag、Pt)。

软刻蚀法在材料大范围内的微纳米结构加工方面是一个很有希望的技术。与标准的光刻法或电子束光刻制备图形化的策略比较，软刻蚀法显得更适合那些一步法、大面积图形化的要求。微接触压印(MCP)就是软刻蚀法的一种，它主要采用聚二甲基硅氧烷(PDMS)弹性体作为一个印章、模子或者掩体，通过紧密的接触转移图形，这种弹性体能够保证PDMS表面与衬底之间有形的接触和容易的释放而不损坏形成的微结构。

关于利用微接触压印的方法制备图形化的ZnO纳米线阵列的报道极少，Kang等人[HW Kang,J Yeo，JO Hwang,J.Phys.Chem.C，2011,115,11435]利用ZnO量子点和弹性PDMS为种子层材料和印章，在ITO导电玻璃上直接压印制备最小单元为30μm*30μm方形种子层膜，然后采用水热法生长ZnO纳米线。Lee等人[J-H Lee,M-H Hon,Y-W Chung,J.Am.Ceram.Soc.,2009,92,2192]利用弹性PDMS为印章在ZnO种子薄膜表面自组装了十八烷基三氯硅烷(OTS)单分子层作为遮挡模版制备了宽度为20μm条形ZnO种子层膜，然后采用水热法生长ZnO纳米线。从研究的结果来看，因为直接压印的量子点分布不均匀，所以ZnO纳米线大部分发生严重的倾斜生长。采用OTS单分子层遮挡的方法需要干燥的环境、单层也很难组装，而且在遮挡的区域也会有纳米线的生长。以上两种方法共同的不足是图形化的最小单元面积仍旧很大。如何借用以上制备方法的思想并克服其不足，在无需任何保护的环境中利用微接触压印实现最小单元小于5μm，并且取向性好的ZnO纳米线阵列是一个有待解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于针对光刻法、离子束聚焦刻蚀等物理法制备图形化ZnO纳米线阵列需要高级设备、高费时、苛刻的条件、贵金属催化，针对微接触压印法制备OTS单分子层和ZnO纳米晶图形化种子层生长ZnO纳米线质量差、图案尺寸大的问题，提供了一种微接触压印实现图形化ZnO纳米线阵列的制备方法。

为了达到上述的目的，本发明采用的技术方案是：1)ZnO种子层薄膜的制备：

采用溶液化学法配制5mmol/L醋酸锌的乙醇溶液做为前躯体溶液，以ITO导电玻璃为基底，先利用匀胶机在旋转速度和旋转时间为2000rmp和30s下制备醋酸锌胶体薄膜，然后在300℃的马弗炉中对薄膜退火0.5-1h得到ZnO种子层；

2)TiO₂溶胶墨水的制备：按体积份数取4份的钛酸四丁酯为钛源、16份的乙二醇甲醚为溶剂混合均匀后再加入2.5-3份的二乙醇胺调整溶胶墨水的黏性得TiO₂溶胶墨水；

3)图形化ZnO种子层的制备：利用旋涂法在载玻片上旋涂TiO₂溶胶墨水；接着利用微接触涂覆法将TiO₂溶胶墨水从载玻片表面转移到PDMS印章表面；然后再利用微接触压印法将TiO₂溶胶墨水从PDMS印章转移到ZnO种子层薄膜表面；最后图形化的ZnO/TiO₂薄膜经过热处理获得图形化ZnO种子层；