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1、纳米压印技术与感光树脂应用的发展刘力行,曹瑞军,白龙腾,李祥明(西安交通大学理学院化学系,陕西西安710049)摘要:纳米压印技术作为1种新兴的微纳制造技术,受到了学术界极大的关注。UV光固化纳米压印因其工艺加工精度高,生产效率高,成本低,对准性好,在纳米压印中具有无可比拟的优势。在其不断发展中对核心要素之一的感光树脂的应用也提出了新的要求与挑战。本文总结了纳米压印技术及感光树脂应用的发展,同时提出了1种新的纳米压印光刻技术,并对感光树脂的发展提出展望。关键词:纳米压印;UV光固化;感光树脂;电润湿;电毛细中图分类号:TQ31文献标识码:A文章编号:10095624(2011)0
2、2004505选择性,且各种场、能的应用赋予了这种过程更1纳米压印技术的发展多的可控性[6]。当然,为实现任意图型的纳米结构成型,这类方法有待在可选择的尺度,缺陷控制随着人们认识和改造微观世界不断深入,纳等方面实现进一步的突破。米科技在20世纪90年代逐渐发张起来。纳米科技图型转印是一种高效、高分辨率、高可控制是至少包括材料,加工,测量及控制的统一体。性的任意图型的复制方法。这种转印过程最早应纳米结构成形(也称纳米图型化技术)是纳米追溯到中国的四大发明之一印刷术,但将这种过科技研究的核心内容之一。目前主流的纳米结构程应用于微纳尺度任意图型的结构成形当首推美成形技术是光学投影光刻,因光
3、学衍射带来的物[7][8]理限制,使其向更小尺寸延伸时将面临技术难题国的GMWhitesides,SYChou和[9][1]SVSreenivasan。与成本问题。近年来一种自上而下的化学或物理方法根据图型转印过程中图型化材料和使用能量[2,3]的不同,可以分为UV光固化压印[9]、热压印[8]、研究的方法被学术界所关注,应用纳米自组[10][7]装,自生长在原子或分子尺度上进行控制。但是激光辅助熔融直接压印和微接触转印等四大这类方法倾向于生成周期性的图型化结构,但其原创类,如图1所示。的确成为模版诱导或引导的自组装或自生长方法众多学者提出的其它结构转印成形方法基本[11,12
4、,13]的基础。模版诱导或引导的自组装或自生长方上属于他们的工艺变种。其中微接触转印方[4,5]式在一定程度上可实现纳米结构的几何形状的法亦称为软光刻,其只能在基材上形成单分子层,不能获得适当的纳米图型结构深度。激光辅助直收稿日期:20110227接压印由于涉及成形材料的物理熔融过程,对成作者简介:刘力行(1986),男,福建人,硕士,主要从事电毛细性能感形材料有直接的限制。UV光固化压印和热压印一光树脂的研制及在纳米压印中的应用,Email:grant_lix@yahoo.cn.般统称为纳米压印光刻,这两种方法也是目前主45流的纳米压印光刻技术。热压印工艺特点有高宽生产效率高,成本
5、低,对准性好,在纳米制造领[14]比大,模板加工周期长、成本高,图型受热膨胀域具有不可替代的优势。影响大。而UV光固化纳米压印工艺加工精度高,图14种不同的纳米压印方法Fig1Fourdifferentmethodsofnanoimprint对纳米模板结构腔体的填充过程及固化后聚合物2UV感光树脂在纳米压印中的的脱模过程。填充过程决定了结构复制精确度,应用及发展研究工艺效率及稳定性。脱模过程决定了纳米结构成[15]UV光固化纳米压印光刻技术作为一种纳米结形的完整性。因此,将其核心要素归纳分为3构成形制造方法,其核心要素就是UV感光树脂个部分:模版,UV感光树脂,复制工艺。46[27
6、]21丙烯酸酯类树脂介电层的物理特性。因此,电润湿/介质上电润目前,用于UV光固化压印的感光树脂主要湿可使用范围更广的电介质液体。如在微管道中,[16,17]是丙烯酸酯体系:(1)甲基丙烯酸体系,(2)电润湿效应是电毛细里驱动所致,将产生电毛细[18][28]有机硅改性的丙烯酸或甲基丙烯酸体系。对于提升现象,倾向与将液体沿气相一端牵引,如这类树脂,其粘度与固化收缩率是一对矛盾的存图3所示。在:由于要在纳米模版腔体内很好填充UV感光树脂,这就要求所使用的UV感光树脂粘度要低。对于丙烯酸酯类感光树脂,树脂中含有极性基团,因此其树脂的粘度往往较高,要降低其粘度,则需要降低树脂的分子量。但是分子量
7、越小,树脂中的双键含量就相应的增加,则树脂[19,20]在固化过程中的体积收缩率就大大的上升。固化收缩率会影响纳米结构成形的精度及完整性。因此,丙烯酸类树脂在纳米压印中的应用收到了图2水性电解质电润湿机理一定的限制。在电场的作用下,导电液滴电荷重新分布产生相互吸引力,从而产生电润湿效应22聚氧乙烯基醚类感光树脂Fig2Themechanismofelectrowettingofaqueou
