新型复合纳米压印技术与应用

本项目将发展一种新型的复合纳米压印技术，该技术的核心是通过一种由弹性支撑层与刚性结构层组成的新型压印模板，把纳米压印技术的高分辨率、适于量产的技术优势与软压印技术的模板可弯曲性、易操作性的特点有机结合，不仅可以在实验室条件下，更加高效、便捷的制备纳米结构，同时通过对模板进一步完善并结合相应的压印设备，有可能满足工业化生产中纳米结构制造的低成本、批量化、一致性的技术要求，并且可极大幅度的改善现有纳米压印技术的瓶颈- - 缺陷率高的严重问题。以这一技术为核心，本课将探索几种具备产业化应用前景的纳米结构、纳米器件的研究与制造，如高分辨率与特种功能光栅、高效光子晶体LED等。该技术还把纳米压印的应用范围从简单平面衬底拓展到高曲率曲面和复杂形貌的非平面，在制造布拉格光纤光栅、人工复眼/电子眼、折/衍混合光学元件、纳机电系统方面都大有用武之地，曲面压印及其应用也是将是本项目的重点研究之一。

本课题发展了一种新型复合纳米压印技术，其核心是通过一种由弹性支撑层与刚性结构层组成的新型压印模板，把纳米压印技术的高分辨率与软压印技术的模板可弯曲性的特点有机结合。.采用可控褶皱方法制备复合纳米压印模板，在弹性聚合物衬底表面制备刚性薄膜，通过拉伸、挤压衬底或者收缩衬底，由于两种材料可伸缩长度不一致，使其上的刚性薄膜产生有序、可控的纳米、微米光栅褶皱结构。在刚性薄膜和弹性衬底之间引入梯度渐变界面来解决褶皱开裂的问题。由褶皱形成的微米、纳米周期的光栅结构可直接作为复合纳米压印模板，为大面积纳米压印模板的制作，提供了一条新的途径。.基于复合纳米压印技术，发展了一种新型的双转移紫外光固化纳米压印方法，通过控制预旋涂胶层的厚度，实现了对最终压印结构胶层厚度的控制，残余层厚度可小于50纳米。采用这一方法，在不同形貌的衬底表面制备了纳米结构，并以紫外光固化胶层为掩膜，通过反应离子刻蚀的方式将光栅结构传递到光纤的二氧化硅基质中，从而成功制备出表面浮雕式光纤布拉格光栅。.发展了一种三明治结构的复合纳米压印模板，模板由三层不同力学性能的材料组成，分别为塑性的支撑层，弹性的缓冲层以及刚性的压印结构层；弹性的缓冲层被夹心在塑性的支撑层与刚性的压印结构层之间，形成三明治结构；三明治结构的上中下三层之间可通过粘接或化学键合紧密连接。复合模板施加小于0.1大气压的压力时，缓冲层会按照颗粒的形状发生形变，颗粒凹陷到缓冲层中，因此原来由于颗粒而造成的大面积的缺陷，被局限于颗粒本身的大小，有效地改善了纳米压印的缺陷问题。.基于复合纳米压印技术发展了几种适合的纳米压印胶材料。设计和制备了一种基于阳离子引发聚合机理的多官能团环氧聚硅氧烷材料，这类材料的优点是模板的制备过程可在空气氛中进行。为解决压印胶材料在脱模过程中可能被模板剥离的问题，增强压印胶材料与衬底的粘附性能，我们发展了一种双固化型的传递层材料，该材料中包含至少两种基于不同聚合交联机理的反应性基团，其中的一种基团与纳米压印胶中的固化基团相同。设计和合成了一种可降解的紫外光固化纳米压印材料，克服了普通光固化材料不能溶解的缺点，通过这种压印材料实现了金属举离工艺，并在光纤曲面上制备了金属光栅。.采用复合纳米压印技术制备纳米图案化蓝宝石衬底，生长GaN后，其光致发光效率是普通蓝宝石平片的2.5倍。