纳米压印在制备双色发光图案及负折射系数材料中的应用

论文摘要

纳米加工作为纳米科技中的一个重要的组成部分,近年来备受人们的关注。纳米压印技术是纳米加工中的一种非常重要方法,具有效率高、面积大、重复性强、分辨率高等优点,自发明以来备受人们的青睐。但是纳米压印过程中使用的模板制备成本较高,尤其是高分辨率和复杂结构的模板制作成本更高。本论文通过控制纳米压印过程中产生的缺陷,构筑了比模板结构分辨率高的聚合物结构以及开口环状的复杂聚合物结构,进一步降低纳米压印技术的成本,探索这两种结构的应用,并研究了传统的纳米压印技术在制备聚合物双色发光图案中的应用。首先,我们详细的研究纳米压印的全过程,通过调整阻挡层聚合物厚度与压印模板腔体之间的关系,对聚合物薄膜不足以填充模板沟槽的压印过程进行了深入的研究,并尝试改变聚合物薄膜厚度等条件,实现了用微米级模板制备亚微米或纳米级模板。第二,基于对缺陷纳米压印技术的研究,发明了倾斜纳米压印,并结合纳米转移印刷技术,将金属开口环形结构转移到玻璃等平面或曲面基底,制备出具有负折射系数性质的纳米开路电流环谐振器。通过调整模板结构尺寸的大小,制备了结构大小只有240 nm的纳米开路电流环谐振器。此外,利用这种方法还制备了与开口环形互补的、被称之为“热点”的新月形纳米金属孔洞结构。第三,我们分析了有机染料ANP分子在聚合物PMMA中的扩散行为,通过优化聚合物的厚度、染料分子的量等条件,实现了聚合物薄膜的厚度对染料分子聚集形态的调制,从而调控染料分子的发光颜色。用一种染料分子结合一步纳米压印的方法,实现了双色发光图案的制备。

论文目录

• 内容提要
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 纳米压印技术研究概述
• 1.2.1 纳米压印技术的发明和发展
• 1.2.2 热塑纳米压印技术
• 1.2.3 紫外固化压印技术
• 1.2.4 微接触印刷技术
• 1.2.5 传统压印工艺的比较
• 1.3 纳米压印技术的发展
• 1.3.1 滚轴式压印
• 1.3.2 软模板压印
• 1.3.3 边缘压印
• 1.3.4 纳米转移印刷
• 1.3.5 反转压印
• 1.4 纳米压印技术的应用
• 1.4.1 光学中的应用
• 1.4.2 微纳流体中的应用
• 1.4.3 电子学中的应用
• 1.4.4 生物电子中的应用
• 1.4.5 光电子中的应用
• 1.4.6 数据存储中的应用
• 1.5 本文的研究思路和主要研究内容
• 参考文献
• 第2章 边缘压印提高图案分辨率
• 2.1 引言
• 2.2 实验部分
• 2.2.1 仪器和试剂
• 2.2.2 模板的低表面能处理
• 2.2.3 基底的处理及涂膜
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 膜厚与涂膜速度的关系
• 2.3.2 膜厚对压印结果的影响
• 2.3.3 温度对双脊结构的影响
• 2.3.4 沟槽宽度对双脊结构的影响
• 2.3.5 制备双脊结构的模板
• 2.3.6 通过边缘压印构筑其他结构模板
• 2.4 本章小结
• 参考文献
• 第3章 倾斜压印制备负折射系数材料
• 3.1 引言
• 3.2 仪器和试剂
• 3.2.1 仪器和试剂
• 3.2.2 倾斜纳米压印
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 纳米开路电流环谐振器的制备方法
• 3.3.2 聚合物厚度对开口环形结构的影响
• 3.3.3 曲面基底上的开路电流环谐振器
• 3.3.4 小尺寸的纳米开路电流环谐振器
• 3.3.5 PDMS变形对纳米开路电流环谐振器的影响
• 3.3.6 纳米开路电流环谐振器的互补结构
• 3.4 本章小结
• 参考文献
• 第4章 双色发光图案的制备
• 4.1 引言
• 4.2 仪器和试剂
• 4.3 染料分子在聚合物中的扩散行为
• 4.3.1 染料分子在聚合物基底表面的形态
• 4.3.2 染料分子在聚合物中完全扩散后的形态
• 4.3.3 单体与聚集体比率随放置时间的变化
• 4.3.4 加热对染料分子扩散的影响
• 4.3.5 紫外曝光对荧光发光的影响
• 4.4 双色发光图案的制备
• 4.4.1 一步压印法制备双色发光图案
• 4.4.2 光漂制备双色发光图案
• 4.5 本章小结
• 参考文献
• 第5章 结论与展望
• 5.1 引言
• 5.2 结论
• 5.2.1 边缘压印提高结构分辨率
• 5.2.2 负折射系数材料的制备
• 5.2.3 双色发光图案的制备
• 5.3 展望
• 攻读博士学位期间所发表的论文
• 作者简历
• 致谢
• 摘要
• Abstract