納米壓印技術(shù)（NIL）是一種低成本高通量的高精度表面微納結(jié)構(gòu)加工技術(shù)，可以通過(guò)機(jī)械定型的方法將母版表面的微納圖案轉(zhuǎn)移到基底表面的一層聚合物薄膜上，傳統(tǒng)地包括熱壓印和紫外壓印。對(duì)于熱壓印法，將母版壓印在加熱軟化的聚合物薄膜表面，待冷卻脫模之后，薄膜表面即可保持母版的互補(bǔ)圖案；而紫外壓印是將聚合物薄膜替換成常溫下可流動(dòng)的紫外光固化膠，避免了熱壓印升降溫和壓印壓力對(duì)圖案精度和母版壽命的影響。當(dāng)前，這類(lèi)技術(shù)的工藝參數(shù)苛刻，對(duì)母版材料和聚合物體系也提出了較高的要求，限制了NIL的進(jìn)一步應(yīng)用。 聚合物及其納米復(fù)合體系的結(jié)構(gòu)和松弛動(dòng)力學(xué)深刻影響著這類(lèi)材料的加工和服役行為。深耕于此領(lǐng)域的華南理工大學(xué)殷盼超教授團(tuán)隊(duì)近日設(shè)計(jì)了一種超分子復(fù)合體系，將水性的聚乙烯醇和超小尺寸的亞納米多金屬氧簇通過(guò)氫鍵和靜電相互作用復(fù)合以獲得低殘余應(yīng)力、高透光、高強(qiáng)度和模量的薄膜。通過(guò)溶液澆鑄的方式即可制備大尺寸且高精度的圖案化聚合物膜，工藝簡(jiǎn)單且無(wú)需高溫高壓，極大地拓寬母版的類(lèi)型，如晶圓、聚合物光柵、甚至是脆弱的功能性生物表面等。 聚乙烯醇薄膜的機(jī)械性能優(yōu)異，但是其半結(jié)晶性質(zhì)使得薄膜內(nèi)應(yīng)力大和易翹曲。為了消除薄膜的殘余應(yīng)力，往聚乙烯醇中引入尺寸約為1 nm 的Keggin型多金屬氧簇。該團(tuán)簇在聚合物中以單粒子的形式分散，具有超高的比表面積，與聚乙烯醇之間高密度的相互作用顯著抑制了聚合物的結(jié)晶行為，因此薄膜的殘余應(yīng)力降低、平整度提高并具有亞納米級(jí)的粗糙度。同時(shí)該團(tuán)簇作為復(fù)合體系的交聯(lián)點(diǎn)，保證了薄膜優(yōu)異的強(qiáng)度和韌性。
如下圖所示，將復(fù)合體系的溶液傾倒在具有2 nm高的陣列晶圓表面，低粘度的溶液自發(fā)填充納米陣列的縫隙，干燥后得到面積大于100 cm2的自支撐聚合物膜，揭下后其表面能夠保有清晰完整的納米陣列圖案。此外，利用了該體系的濕度敏感性，可以在高濕度下軟化，利用薄膜自身重力填充入母版縫隙，或是利用壓力輔助壓印，干燥失水后即可得到圖案化的聚合物膜。 聚乙烯醇-多金屬氧簇復(fù)合體系成本較低，制備簡(jiǎn)單，NIL薄膜的精度高且可以大面積制備，在集成電路和光波導(dǎo)材料等重要器件的先進(jìn)制造領(lǐng)域具有非常重要的研究?jī)r(jià)值。 論文信息 Polymer Films’ Residual Stress Attenuation from the Supramolecular Complexation with Ultra-Small Nanoparticles for High Resolution Nanoimprint Lithography Jiadong Chen, Shenglin Yao, Bin Wang, Qiang Yu, Binghui Xue, Prof.?Dr. Panchao Yin 文章的第一作者是華南理工大學(xué)博士生陳家董，通訊作者是華南理工大學(xué)殷盼超教授 Angewandte Chemie International Edition DOI: 10.1002/anie.202416759
