[发明专利]一种在弹性衬底上制备微纳结构的方法

说明书

本发明公开了一种在弹性衬底上制备微纳结构的方法。首先，在刚性衬底上制备金属层，然后在金属层表面制备相应的金属或介质微纳结构；一方面，通过拉伸的弹性衬底直接从刚性衬底上转移下附有金属或介质微纳结构的金属层，腐蚀整层金属层后，释放弹性衬底预拉伸的应力，通过控制弹性衬底的预定拉伸比，可在弹性衬底上制备不同间隙的二维微纳结构，或可直接在弹性衬底上制备出不同立体的三维微纳结构；另一方面，通过未拉伸的弹性衬底直接从刚性衬底上转移下附有金属或介质微纳结构的金属层，腐蚀金属层后，即可在弹性衬底上制备二维微纳结构。本发明的方案具有动态调控、高效率、高精度、应用范围广等优点。

技术领域

本发明涉及一种在弹性衬底上制备微纳结构的方法，具体涉及一种可用于在弹性衬底上制备二维或三维金属或介质微纳结构或器件的方法。

背景技术

通常，基于刚性衬底的结构、材料或器件一旦被制备出来，其光学特性就被固定下来了。尽管这些固定的光学特性可以应付集成光子学中的传导、传感和增强等被动功能。但在调谐、调制/开关、激射等主动功能方面却无能为力，使得在应用上受到诸多限制。

近年来，基于弹性(柔性)衬底的器件因具有柔韧性、可拉伸性、非平面性、生物相容性等特性使之在主动功能方面引起了研究者的极大关注，正是这些特性使之被广泛研究和应用，如全彩调谐的可拉伸等离激元器件，变焦的平镜头，可拉伸的穿戴式有机晶体管等。

采用干涉光刻(Interference lithography)、软光刻(Soft lithography)、电子束曝光(Electron beam lithography)和聚焦离子束刻蚀(FIB milling)等成熟方法较易在刚性衬底上构建各种各样的微纳结构。如Chen等人采用聚焦离子束刻蚀方法直接在刚性衬底上制备出圆盘、L形、三角形等结构阵列(Chen,Yiqin et al.,Rapid Focused IonBeam Milling Based Fabrication of Plasmonic Nanoparticles and Assemblies via“Sketch and Peel”Strategy.ACS NANO,2016,10(12):p 11228-11236)。

然而，按照上述方法很难直接在易变形的弹性衬底上构建微纳结构，特别是在弹性衬底上构建复杂的三维立体微纳结构。Aksu等人在传统纳米掩膜曝光(Nanostencillithography,NSL)方法基础上改进了方法从而提高了其分辨率(Aksu,S.et al，FlexiblePlasmonics on Unconventional and Nonplanar Substrates.Advances materials，2011，23(38)：p.4422-4430)，但这种方法工艺复杂，且难以构建10nm及以下的间隙和锐利边缘的三角形结构。

因此，如果能发展出可以直接将金属或介质微纳结构构建于弹性衬底(如PDMS)上的方法显得尤为重要，且可以拓展在主动功能方面上的应用。

发明内容

鉴于上述问题，本发明的目的是提供一种在弹性衬底上制备微纳结构的方法，该方法是通过在微纳结构与刚性衬底间引入一层金属层以助于转移过程，这是由于小尺寸(低于10μm)的微纳结构不易于直接转移至弹性衬底上，而整层的金属层却能完美地直接从刚性衬底上转移至弹性衬底上。

一种在弹性衬底上制备微纳结构的方法，其包括以下步骤：

步骤一：在刚性衬底上制备金属层，然后在金属层表面制备相应的金属或介质微纳结构；

可选的，在刚性衬底附有的金属层表面上制备出相应的金属或介质微纳结构可以按下列步骤实现：

1.1)在刚性衬底上制备金属层；