胶体刻蚀工艺制备纳米图案及图案功能的初步研究

论文摘要

为了获得一种简易廉价纳米图案加工手段,本文以胶体刻蚀工艺(ColloidalLithography)和磁控溅射技术结合的方式,分别在Si及Ti02表面制备质量良好的纳米网状(Nanomesh or Nanonet)图案,并对制备工艺进行了优化和分析,最后对制备的纳米图案进行了材料功能上的初步探索。首先本文通过滴涂与漂浮法两种自组装方式在材料表面获得了密排的单层胶体晶体掩膜,通过扫描电子显微镜(SEM)对胶体掩膜的质量进行了分析。结果表明两种方法在平面样品上都可以获得合格的胶体晶体,无缺陷区面积大于100μm2。但是滴涂法对温度及样品的表面形貌有更高的要求,相比之下,漂浮法的适用范围更加广泛,因此选用漂浮法为接下来的图形转移工艺制备胶体掩膜。然后用磁控溅射方法作为图形转移工艺来获得纳米图案,用台阶仪来获得对应工艺的沉积速度,用扫描电子显微镜、X射线衍射(XRD)和电子能谱仪(EDX)来研究图案质量,并对磁控溅射在胶体刻蚀工艺中的图案获得能力和策略进行了分析。通过直流磁控溅射(Direct Current Power Magnetron Sputtering DCMS)在多种样品表面获得的纳米图案,质量不理想,原因是直流磁控溅射的沉积速度过快,造成基片温升过高,胶体颗粒被高温破坏,失去掩膜功能。接着用高能脉冲磁控溅射(High Power Pulsed Magnetron Sputtering HiPPMS)分别在Si和TiO2样品表面制备了Ti和Cu的纳米图案,图案呈纳米网状,质量均达到要求。通过实验,发现靶材对胶体的热辐射和溅射粒子造成的基片的温升是影响纳米图案质量的最关键要素。控制沉积速度和沉积时间是获得优良纳米图案的基本策略,加长靶基距可以同时减小靶材的热影响和沉积速度,应该作为工艺调整时的第一选择。最后通过水接触角,光催化,血小板粘附和平滑肌培养实验,对Ti02表面沉积Cu纳米图案的复合结构进行了材料功能的初步探索。结果表明通过胶体刻蚀工艺沉积的Cu纳米网图案保留了Ti02的光致亲水性,还提升了Ti02的光催化能力。血小板粘附试验表明铜纳米网的图案会抑制血小板的粘附,但在一定程度上对粘附的血小板有激活效果。平滑肌培养实验表明Cu图案可以抑制平滑肌的粘附和增殖,揭示出这种工艺在生物材料方面的应用前景。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 纳米材料概述
• 1.2.1 纳米材料的特性
• 1.2.2 纳米材料的现状及发展趋势
• 1.3 微纳米技术概述
• 1.3.1 微纳米技术的概念及应用
• 1.3.2 微纳米技术的种类
• 1.4 胶体刻蚀概述
• 1.4.1 胶体刻蚀的概念
• 1.4.2 纳米颗粒的自组装工艺
• 1.4.3 胶体刻蚀的发展及应用
• 1.5 溅射工艺概述
• 1.5.1 常规直流脉冲磁控溅射（DCMS）概述
• 1.5.2 高能脉冲磁控溅射（HiPPMS）概述
• 1.6 本课题的研究意义
• 1.7 研究内容
• 1.8 技术路线
• 第2章 胶体掩膜的自组装工艺
• 2.1 胶体掩膜的自组装
• 2.1.1 方法选择
• 2.1.2 滴涂法组装实验步骤
• 2.1.3 漂浮法组装实验步骤
• 2.2 自组装胶体晶体的表征
• 2.2.1 扫描电子显微镜
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 滴涂法工艺质量
• 2.3.2 漂浮法工艺质量
• 2.3.3 本章小结
• 第3章 胶体掩膜的沉积工艺
• 3.1 直流磁控溅射工艺溅射沉积胶体掩膜
• 3.1.1 直流磁控溅射沉积工艺实验步骤
• 3.1.2 直流磁控溅射沉积的结果表征与分析
• 3.2 高能脉冲磁控溅射（HiPPMS）工艺溅射沉积胶体掩膜
• 3.2.1 高能脉冲磁控溅射沉积的实验步骤
• 3.2.2 高能脉冲磁控溅射的结果表征与分析
• 3.3 利用磁控溅射进行胶体掩膜沉积获得纳米图案的能力与基本策略
• 2表面沉积Cu纳米图形的功能学表征'>第4章 TiO₂表面沉积Cu纳米图形的功能学表征
• 4.1 表征方法
• 4.1.1 接触角实验
• 4.1.2 光催化实验
• 4.1.3 血小板粘附实验
• 4.1.4 平滑肌培养实验
• 4.2 实验步骤
• 4.2.1 水接触角实验
• 4.2.2 光催化实验
• 4.2.3 血小板粘附实验
• 4.2.4 平滑肌培养实验
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 水接触角结果
• 4.3.2 光催化实验结果
• 4.3.3 血小板粘附实验结果
• 4.3.4 平滑肌培养实验结果
• 4.4 本章小结
• 结论及展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表论文
• 参与科研项目