液膜可控破裂制备不同排列的有序纳米粒子导线研究

Assembling nanoparticles into ordered conductive line using liquid bridge formed via template-guided rupture of liquid film have been investigated recently. However, how to adjust the rupture position of liquid film of nanoparticles on the pillar-structured silicon substrate has not been reported. By adding some polymer solution to the suspension of nanoparticles to control the adhesion force between the pillars and suspension, controllable rupture can be performed on the pillar-structured substrate. A real-time monitoring optical microscope with a high speed CCD will be employed to explore the controllable rupture conditions of liquid film and mechanism of the controllable rupture of liquid film will be illuminated. The size of nanoparticles and substrate temperature may affect the shrink of liquid bridge formed after rupture of liquid film and the movement of nanoparticles. Furthermore, pillar structure character and ratio of nanoparticles and polymer can lead to the break of liquid bridge and influence shape of assembled line. Conductive line of ordered nanoparticle with different arrangements will be acquired finally. The project will provide theoretical basis and technology support for microelectronic circuit, transparent conductive film and nanodevice interconnect.

利用模板诱导液膜破裂形成液桥，并在液桥限定空间内组装金属纳米粒子制备有序纳米粒子导线，是近年来的研究热点，但目前调控模板基底上液膜破裂位置的研究还少有报道。本项目拟通过在纳米粒子分散液中加入一定量的聚合物控制纳米粒子液膜与微柱之间的粘附力，实现纳米粒子液膜在微柱基底上可控破裂。研究拟采用原位显微观测的方法，获得纳米粒子液膜可控破裂的条件，阐明微柱诱导液膜可控破裂形成液桥的机理；探究纳米粒子的尺寸、基底温度等对液桥收缩去浸润带动纳米粒子移动的影响，进一步讨论微柱结构特征、纳米粒子和聚合物的比例等对液桥断裂及纳米粒子线形貌的影响规律；最终获得不同排列的有序纳米粒子精细导线。本项目的开展将为纳米粒子组装技术在微电子线路、透明导电膜、纳米器件的互联方面提供理论基础和技术支持。

目前模板诱导金属纳米粒子液膜规则破裂一般采用模压法和挥发法，其中挥发法是在液膜挥发过程中，利用模板上的结构诱导液膜破裂形成液桥，并利用液桥组装得到长程有序的纳米粒子图案。.主要研究了模板基底诱导液膜挥发并可控破裂的机理、液桥断裂的模型构建、纳米粒子线条的导电性影响因素等，并以去浸润的聚合物液桥为模板，在相同基底上获得不同排列的有序银纳米粒子线，为纳米电路、纳米器件互联、透明导电膜制备提供理论依据和技术支持。.具体研究内容可概括为以下两部分：.1）研究发现采用纳米银粒子-聚苯乙烯（PS）混合液去浸润形成图案过程中，PS浓度对形成的图案形貌影响很大。当PS浓度在0.5%以上，由于液膜与微柱之间粘附力大，液膜在微柱之间的空隙处破裂，形成连接微柱的六边形图案；当浓度低于0.5%时，液膜在微柱边缘处破裂，在微柱周围形成图案，图案的形状依赖于微柱形状。.2) 研究发现液桥收缩形成纳米粒子线受纳米粒子的大小、含量、基底温度的影响。同时，收缩形成的液桥断裂与否与液桥的长度成反比关系，液桥会随着两端连接点的距离增大而容易断开，并形成散点。由于聚合物的存在、纳米粒子排列不紧密直接影响了图案的导电性。基于此基础理论指导微接触转印过程，采用网格状硅橡胶印章微接触印刷银纳米粒子过程，通过控制油墨粘度、干燥条件、印章图案大小等来操控油墨在印章表面的破裂位置，最终在PET基底上制备了边缘光滑的网格导电图案。根据网格间距大小，方阻在240-420 Ω/□之间。.本项目解决了特定模板上的液膜破裂位置可控的难点，并制备了纳米粒子图案，对于模板诱导形成精细图案具有指导意义。