專利名稱：大尺寸納米有序孔洞模板的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種納米有序孔洞的制備方法，尤其是大尺寸納米有序孔洞模板的制備方法。
大尺寸納米有序孔洞模板可以有很好的應(yīng)用，例如，用于新型磁性記錄盤基等。現(xiàn)有的壓模技術(shù)，光刻和電子束刻蝕技術(shù)可以得到大面積納米有序孔洞模板，但是不能得到較長的直徑均勻的納米孔洞。直接陽極氧化法只能得到小面積有序納米孔洞模板。
本發(fā)明的目的是提出一種大尺寸納米有序孔洞模板的制備方法，得到大面積納米有序孔洞模板，并且得到較長的直徑均勻的納米孔洞。本發(fā)明的目的還在于提供一種加工成本低，工藝可靠，納米孔洞的深度容易控制，利于工業(yè)化大規(guī)模生產(chǎn)的制備方法。
本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的大尺寸納米有序孔洞模板的制備方法，在金屬鋁或鋁合金的表面首先生成一個大面積有序模板，在此基礎(chǔ)上利用陽極氧化技術(shù)，在鋁或鋁合金上生成大面積的有序納米孔洞模板，且孔洞長度較長?；蛘呃脝尉тX作基底，消除了多晶鋁中晶界的影響，直接陽極氧化生成大面積有序的納米孔洞模板，并通過擴(kuò)孔液的作用調(diào)節(jié)孔洞的直徑。從而形成大尺寸納米有序孔洞模板。用單晶鋁作基底，消除了多晶鋁中晶界的影響，故可以直接陽極氧化。
本發(fā)明的特點(diǎn)是本發(fā)明可以產(chǎn)生高密度大面積六角對稱有序的長孔洞的納米孔洞模板，這種模板用作有序磁記錄介質(zhì)時，記錄密度可以達(dá)到每平方英寸170G，甚至更高。這種模板也可以用來制備有序納米管，生長有序納米棒，還可以作為催化劑的載體。更主要的是本發(fā)明的方法熔合現(xiàn)成的兩種工藝方法，加工成本低，工藝可靠，納米孔洞的深度容易控制，利于工業(yè)化大規(guī)模生產(chǎn)。
以下根據(jù)附圖和實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明

圖1為本發(fā)明給出的照片，尺寸在照片上已有標(biāo)示。
本發(fā)明方法的具體化在金屬鋁或鋁合金上制備大尺寸納米有序孔洞模板的實(shí)施例分三個步驟，第一步產(chǎn)生六角對稱大面積納米有序圖形；第二步進(jìn)行電化學(xué)陽極氧化，第三步通過擴(kuò)孔液的作用調(diào)節(jié)孔洞的直徑。
第一步有三種方案，1.用碳化硅、單晶硅或者其它材料制作一個母板，板上呈六角對稱地分布著直徑均勻的納米圓柱。在平整的鋁(或鋁合金)基底上覆蓋一層高分子材料膜(如PMMA)，還能使用聚酯薄膜等，將母板利用一定的壓力壓在高分子材料上，升高溫度使高分子軟化，再降低溫度使高分子固化。
去掉母板，在平整的鋁(或鋁合金)表面形成有序的孔洞圖形的高分子材料的圖案。
2.制作具有六角對稱的有序分布的直徑均勻圖案的掩模。在平整的鋁(或鋁合金)基底表面上覆蓋一層抗蝕劑(同上述，如PMMA)。利用光刻技術(shù)(如紫外光刻，X射線光刻等)和掩模在抗蝕劑上形成有序孔洞圖案。或利用電子束刻技術(shù)在抗蝕劑上刻出六角有序孔洞。
3.在平整的鋁(或鋁合金)基底上覆蓋一層抗蝕劑，采用相干光作光源，利用光學(xué)干涉曝光技術(shù)在抗蝕劑層上形成大面積六角對稱的納米有序圖形。通過顯影處理，得到六角對稱的孔洞有序圖形，上述3種方法均是已有技術(shù)，應(yīng)用于本發(fā)明的工藝沒有特殊的要求，例如，可以參見Appl.Phys.
Lett，1995，67(21)P3114-3116 Stephen Y.Chou et.al.Imprint of sub-25nm vias and trenches in polymers第二步陽極氧化在上述圖形的基礎(chǔ)上，利用電化學(xué)陽極氧化選擇合適的電解液和氧化電壓，可以在鋁(或鋁合金)上生成大面積有序的納米孔洞序模板，且孔的長度較長。
根據(jù)所產(chǎn)生的圖形的孔心間距，選擇合適的電解液和直流電壓進(jìn)行陽極氧化。電解液如0.1～2.0M硫酸，草酸，磷酸等，電解電壓從5V～2000V，電源的正極接陽極氧化的鋁，負(fù)極接任何導(dǎo)電電極。陽極氧化的時間在1min～1800min。實(shí)施例中，用0.4M硫酸，電解電壓從25V，電源的正極接陽極氧化的鋁，負(fù)極接任何導(dǎo)電電極。陽極氧化的時間在1200min。電解電壓100V時，陽極氧化的時間在10min。陽極氧化處理的時間與電壓的關(guān)系是現(xiàn)有技術(shù)。
第三步擴(kuò)孔當(dāng)陽極氧化的孔徑未達(dá)到大小時，第三步是必須的。利用0.1～5.0M磷酸、鹽酸等，實(shí)施例為0.3M濃度的磷酸。在合適的溫度下增大孔的直徑，控制溫度和擴(kuò)孔時間可以得到所需要的孔徑。實(shí)施例中濕度控制在30℃，擴(kuò)孔時間為20分鐘，實(shí)施例中孔徑為30nm。實(shí)際上孔的直徑在10nm～500nm均可，而用于磁記錄材料的的孔徑一般在30nm左右即可。利用酸液擴(kuò)孔，酸的濃度與溫度、作用時間與孔直徑有一定的關(guān)系，一般而言，酸的PH值愈小、溫度愈高、作用時間愈長，孔的直徑就愈大。
利用單晶鋁制備大面積納米有序模板，不需要上面的第一步驟，后面兩個步驟相同。
本發(fā)明的尺寸可以選擇，一般容易達(dá)到幾百平方厘米，這就具有非常寬廣的實(shí)用前景。本發(fā)明的另一個實(shí)施例是，選用片型單晶硅、鋁、鋁合金片，制備成品后再與其它其它材料的基底或襯底材料結(jié)合，更便于降低成本，便于實(shí)用。
照片為30nm孔徑的工藝實(shí)施例，照片給出了良好的生長效果。
權(quán)利要求
1.大尺寸納米有序孔洞模板的制備方法，其特征是在金屬鋁、鋁合金或單晶鋁的表面首先生成一個大面積有序圖案，再用陽極氧化方法，在鋁或鋁合金上生成大面積的有序納米孔洞模板。
2.由權(quán)利要求1所述的大尺寸納米有序孔洞模板的制備方法，其特征是陽極氧化生成大面積有序的納米孔洞模板，并通過擴(kuò)孔液的作用調(diào)節(jié)孔洞的直徑。
3.由權(quán)利要求1所述的大尺寸納米有序孔洞模板的制備方法，其特征是用單晶鋁作基底，直接陽極氧化。
4.由權(quán)利要求1所述的大尺寸納米有序孔洞模板的制備方法，其特征是大面積有序圖案是六角對稱大面積納米有序圖案；其生成方法是用炭化硅、單晶硅或其它材料制作一個母板，板上呈六角對稱地分布著直徑均勻的納米圓柱，在平整的鋁基底上覆蓋一層高分子材料膜，將母板利用一定的壓力壓在高分子材料上，升高溫度使高分子軟化，再降低溫度使高分子固化，去掉母板，在平整的鋁表面形成有序的孔洞圖形的高分子材料的圖案。
5.由權(quán)利要求1所述的大尺寸納米有序孔洞模板的制備方法，其特征是大面積有序圖案是六角對稱大面積納米有序圖案；其生成方法是在平整的鋁基底表面上覆蓋一層抗蝕劑；利用光刻技術(shù)和掩模在抗蝕劑上形成有序孔洞圖案或利用電子束刻技術(shù)在抗蝕劑上刻出六角有序孔洞。
6.由權(quán)利要求1所述的大尺寸納米有序孔洞模板的制備方法，其特征是大面積有序圖案是六角對稱大面積納米有序圖案；其生成方法是在平整的鋁基底上覆蓋一層抗蝕劑，采用相干光作光源，利用光學(xué)干涉曝光技術(shù)在抗蝕劑層上形成大面積六角對稱的納米有序圖形，通過顯影處理，得到六角對稱的孔洞有序圖案。
7.由權(quán)利要求1、2所述的大尺寸納米有序孔洞模板的制備方法，其特征是陽極氧化的條件是；電壓從5V～2000V，電源的正極接陽極氧化的鋁，負(fù)極接任何導(dǎo)電電極，陽極氧化的時間在1min～1800min。
全文摘要
一種大尺寸納米有序孔洞模板的制備方法,在金屬鋁、鋁合金或單晶鋁的表面首先生成一個大面積有序圖案,再用陽極氧化方法,在鋁或鋁合金上生成大面積的有序納米孔洞模板。單晶鋁作基底,直接陽極氧化。本發(fā)明可以產(chǎn)生高密度大面積六角對稱有序的長孔洞的納米孔洞模板,用作有序磁記錄介質(zhì)時,記錄密度可以達(dá)到每平方英寸170G,模板也可以用來制備有序納米管,生長有序納米棒等。
文檔編號C25D11/04GK1278024SQ00112370
公開日2000年12月27日 申請日期2000年7月4日 優(yōu)先權(quán)日2000年7月4日
發(fā)明者楊紹光, 朱浩, 都有為 申請人:南京大學(xué)