[发明专利]一种利用室温转移压印技术制备无残留层的二氧化钛图案的方法

说明书

本发明涉及一种利用室温转移压印技术制备无残留层的二氧化钛图案的方法，(1)将热塑性聚合物溶液与二氧化钛溶胶或钛盐溶液进行混合配制成前驱液；(2)然后将步前驱液旋涂或喷涂在表面具有凸凹结构的软模板表面，形成复合膜；(3)然后在室温下将步骤(2)得到的软模板与亲水基底接触，将复合膜转移到基底表面；(4)然后将步骤(3)得到的样品煅烧，冷却至室温；(5)最后将步骤(4)中得到的样品置于钛盐、浓盐酸和水的混合溶液中，水热条件下，在基底表面形成无残留层的二氧化钛图案。本发明涉及材料微纳加工技术领域，可以利用室温转移压印技术在平面和曲面基底制备无残留层二氧化钛图案。

技术领域

本发明涉及材料微纳加工技术领域，尤其涉及一种利用室温反压印技术制备无残留层二氧化钛图案的方法。

背景技术

二氧化钛(TiO₂)是一种优秀的半导体材料，具有很多良好特性，例如无毒无害、化学性质稳定、较高的光电转换效率、制备成本低廉等，其图案化在传感器、太阳能电池、光催化、生物等领域都有广泛的应用。

目前，制备图案化TiO₂的方法有：光刻技术、电子束刻蚀技术、自组装技术、扫描探针技术、纳米压印技术等。CN1785683报道了一种以平面基片为基底，以二氧化钛溶胶为原料制备图案化二氧化钛微结构的方法；CN1880519报道了一种在石英玻璃或单晶硅上以二氧化硅小球辅助模板制备二氧化钛反蛋白石光子晶体的方法；Saman Safari Dinachali发表在Advanced Functional Material(2013)23:2201–2211论文中用乙酰乙酸甲基丙烯酸乙二醇酯作为金属醇盐的稳定剂成功压印出了TiO₂纳米图案。但是上述的图案化方法一般工艺比较复杂，而且需要特殊的仪器和设备，难于实现大面积的制备；同时，上述方法构筑的TiO₂图案都存有残留层，限制了图案化TiO₂的应用。

发明内容

本发明目的是为了解决制备的TiO₂图案中残留层的问题，提供了一种利用室温转移压印技术制备无残留层的二氧化钛图案的方法，其特征是，包括以下步骤：

(1)首先通过超声和加热，将热塑性聚合物溶液与二氧化钛溶胶或钛盐溶液进行混合配制成前驱液；

(2)然后将步骤(1)得到的前驱液旋涂或喷涂在表面具有凸凹结构的软模板表面，形成复合膜；

(3)然后在室温下将步骤(2)得到的表面附有复合膜的软模板与亲水基底接触，经过5～600s后，将软模板从基底表面分离开，软模板表面的复合膜转移到基底表面；

(4)然后将步骤(3)得到表面附有复合膜的基底进行煅烧，煅烧后冷却至室温；

(5)最后将步骤(4)中煅烧后得到的样品置于钛盐、浓盐酸和水的混合溶液中，在水热条件下，在基底表面形成无残留层的TiO₂图案。

进一步的，步骤(1)中的热塑性聚合物包括聚甲基丙烯酸甲酯、聚苯乙烯、聚氨酯、聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚二丁烯、聚乙烯醇、聚苯乙烯-丁二烯共聚物、聚对苯乙烯-聚氧化乙烯共聚物、ABS树脂、聚丙烯酰胺、聚环氧乙烷。

进一步的，步骤(2)和(3)中的软模板包括聚二甲基硅氧烷模板、三元乙丙橡胶模板、全氟聚醚模板、聚氨酯丙烯酸酯模板。

进一步的，步骤(3)～(5)中的基底包括平面及曲面硅片、氧化硅片、砷化镓片、石英片、导电玻璃片、聚合物片。

进一步的，步骤(3)中的室温为0～40℃，亲水基底是通过氧等离子体、紫外臭氧或溶液处理基底实现的。

进一步的，步骤(3)中溶液处理亲水方法是将基底放在氨水和双氧水的混合水溶液，或将基底放在浓硫酸和双氧水的混合溶液，在50～90℃加热条件下进行处理。