[发明专利]双层异质结构模具、制造方法及其在制备微纳米材料的应用

权利要求书

1.双层异质结构模具，包括硅衬板，其特征在于：所述的硅衬板的上表层沿硅衬板轴向分布多列微米级凹槽组，并且每列所述的凹槽组包括若干等距排列的微米凹槽，相邻两列凹槽组轴向间距梯度渐增，凹槽组内微米凹槽间距的随凹槽组之间的间距增大而增大；整个所述的硅衬板上表面分布纳米级孔，所述的微米凹槽以及分布在微米凹槽表面的纳米级孔形成二级结构。

2.如权利要求1所述的双层异质结构模具，其特征在于：所述微米凹槽为内凹倒正四棱台。

3.根据权利要求2所述的双层异质结构模具，其特征在于：所述微米凹槽的倒四棱台边长为10～100微米。

4.根据权利要求1所述的双层异质结构模具，其特征在于：所述纳米级孔为内凹半球形结构。

5.根据权利要求4所述的双层异质结构模具，其特征在于：所述纳米级孔的半球直径为50～100纳米。

6.根据权利要求1～5任意一项权利要求所述的双层异质结构模具的制造方法，其特征在于所述制造方法包括以下步骤：

a)将硅片抛光、清洗后，作为硅衬板，在通入氧气和氮气、900～1100℃条件下，在其一面热氧化淀积一层SiO₂，获得一面带有SiO₂层的硅衬板，记为硅衬板A；

b)在硅衬板A的SiO₂层表面涂覆一层光刻胶作掩膜，并在光刻胶层开设窗口，然后浸入体积比1：6的HF水溶液和NH₄F水溶液混合而成的BOE溶液中，室温放置至窗口处暴露出硅衬板为止，取出清洗，去除光刻胶，清洗、烘干，获得SiO₂层带有腐蚀凹槽的硅衬板，记为硅衬板B；

c)向硅衬板B腐蚀凹槽中加入浓度为35～40％的KOH水溶液，在80～100℃对硅衬板B进行60～80min的湿法刻蚀，形成微米凹槽，清洗、烘干，获得带有SiO₂层及微米凹槽的硅衬板，记为硅衬板C；

d)将硅衬板C浸入BOE溶液中，室温放置至去除SiO₂层，清洗、烘干，获得带微米凹槽的硅衬板，记为硅衬板D；

e)以Al为靶材料，以硅衬板D为电极，在0.1～1Pa，同惰性气体的条件下，控制溅射时间，在硅衬板D带微米凹槽面溅射一层Al膜，获得带Al膜的硅衬板，记为硅衬板E；

f)将硅衬板E浸入0.3mol/L磷酸水溶液的电解质中，在0℃、偏置电压190V条件下，以两步阳极氧化法将硅衬板E的Al膜氧化成孔间距350～500nm，孔径50～100nm的多孔状均匀有序的AAO膜，获得表面带AAO势垒层的硅衬板，记为硅衬板F；所述AAO膜为Al₂O₃膜；

g)将硅衬板F再次浸入0.3mol/L磷酸水溶液的电解液中，继续氧化，当电路电流发生3～4次突变时，停止电解，此时电解液穿过多孔AAO膜对硅衬板表面形成SiO₂球，获得带SiO₂球的硅衬板，记为硅衬板H；

h)将硅衬板H浸入质量分数是6％的磷酸和1.5％的铬酸混合溶液中，室温静置30min以上去除AAO膜，获得带SiO₂岛的硅衬板，记为硅衬板I；

i)再将硅衬板I浸入BOE溶液中，室温静置去除SiO₂岛，形成内凹的纳米孔，制成既具微米凹槽又有纳米孔的二级结构模具。

7.根据权利要求6所述的制造方法，其特征在于：所述的掩膜上的腐蚀窗口沿掩膜轴向列状排布，并且同一列腐蚀窗口等距排列，相邻两列腐蚀窗口轴向间距梯度渐增。

8.根据权利要求6所述的制造方法，其特征在于：步骤a)所述的SiO₂层厚度为1～2μm。

9.根据权利要求6所述的制造方法，其特征在于：步骤e)所述的Al膜厚度为4～6μm。

10.权利要求1～5任意一项权利要求所述的双层异质结构模具在制备微纳米材料的应用，其特征在于：所述的应用包括以下步骤：

1)将模具浸泡在氟硅烷溶液的硅烷化试剂中，在室温下浸泡2h以上，对其表面进行硅烷化疏水处理，然后清洗、烘干，得到疏水化处理的模具，备用；

2)将PDMS基料和PDMS固化剂以9:1～10:1的质量比配置PDMS预聚物，充分混合之后，按PDMS预聚物和OS-20硅油2:1～3:1的质量比加入硅油，再次充分混合，得到浇筑液；

3)将配置好的浇筑液浇注在疏水化处理后的模具的带微纳米凹槽的表面，在0.01～0.03MPa条件下维持20～30min后逐渐放气，而后在70～90℃固化60～120min，得到固化的PDMS；

4)用镊子将固化的PDMS从模具上小心去下，得到具有微米正四棱台凸起和纳米半球凸起的PDMS微纳米材料。