一种转移纳米森林结构的方法

技术领域

本发明涉及功能化纳米材料技术领域，具体涉及一种转移纳米森林结构的方法。

背景技术

现有的纳米森林结构普遍由较为复杂的生长工艺或刻蚀工艺形成，因此对基底要求较高，目前只能够在有限的几种基底上制备，无法应对实际应用中在某些基底(如金属材料基底)上制备纳米森林结构的需求，大大限制了纳米森林结构的应用场景。另外，在制备纳米森林结构的过程中，会对基底带来一定的损伤，继而为纳米森林结构的后续应用带来可靠性降低的风险。

因此，需要开发一种能够将纳米森林结构从原始基底转移到新基底上的方法，以实现在新基底上形成纳米森林结构的目的，同时提高纳米森林结构在应用时的可靠性。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的缺点，提供一种转移纳米森林结构的方法，该方法利用可释放型胶带的可控粘附性与磁场吸附的原理，成功地将纳米森林结构从原始基底转移至目标基底，由于目标基底种类多样化，因此本方法扩大了纳米森林结构的应用场景，同时提高了纳米森林结构在应用时的可靠性。

为了实现以上目的，本发明提供如下技术方案。

一种转移纳米森林结构的方法，包括以下步骤：

提供原始基底，所述原始基底的上表面设置有纳米森林结构，所述纳米森林结构由光刻胶形成；

在所述纳米森林结构的上表面形成磁性金属层；

将可释放型胶带粘附在所述磁性金属层的上表面，并使所述纳米森林结构与所述原始基底分离，从而得到粘附在所述可释放型胶带上的纳米森林结构；

处理所述可释放型胶带，从而释放上表面具有所述磁性金属层的所述纳米森林结构；

提供目标基底；以及

在所述目标基底的第一表面施加磁场，从而将上表面具有所述磁性金属层的所述纳米森林结构吸附至所述目标基底的第二表面，以完成转移。

相比现有技术，本发明的有益效果：

1、本发明提供了一种转移纳米森林结构的方法，该方法利用可释放型胶带的可控粘附性与磁场吸附的原理，成功地将纳米森林结构从原始基底转移至目标基底，由于目标基底种类多样化，因此扩大了纳米森林结构的应用场景，同时提高了纳米森林结构在应用时的可靠性。

2、本发明的吸附过程在液体如水中进行，通过调整目标基底与水平面的夹角α，并且在磁力、重力以及水的阻力与扭矩的作用下，纳米森林结构能够按特定角度倾斜排布在目标基底上，极大地拓展了纳米森林结构的应用领域。而现有技术采用刻蚀方法或化学合成生长方法制备的纳米森林结构通常垂直于基底，无法调整纳米森林结构与基底之间的倾斜角。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：

图1-10为本发明实施例提供的转移方法中每步得到的结构示意图。

附图标记说明

100为原始基底，200为纳米森林结构，201为纳米柱，300为磁性金属层，400为热释放胶带，500为水，600为目标基底，700为磁性基底，800为柔性胶带。

具体实施方式

以下，将参照附图来描述本公开的实施例。但是应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本公开的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本公开的概念。

在附图中示出了根据本公开实施例的各种结构示意图。这些图并非是按比例绘制的，其中为了清楚表达的目的，放大了某些细节，并且可能省略了某些细节。图中所示出的各种区域、层的形状以及它们之间的相对大小、位置关系仅是示例性的，实际中可能由于制造公差或技术限制而有所偏差，并且本领域技术人员根据实际所需可以另外设计具有不同形状、大小、相对位置的区域/层。

在本公开的上下文中，当将一层/元件称作位于另一层/元件“上”时，该层/元件可以直接位于该另一层/元件上，或者它们之间可以存在居中层/元件。另外，如果在一种朝向中一层/元件位于另一层/元件“上”，那么当调转朝向时，该层/元件可以位于该另一层/元件“下”。

由于现有的纳米森林结构普遍由较为复杂的生长工艺或刻蚀工艺形成，因此对基底要求较高，目前只能够在有限的几种基底上制备。为了能够在更多种类的基底上形成纳米森林结构，本发明提出了一种转移纳米森林结构的方法，其包括以下步骤。

首先，提供原始基底，所述原始基底的上表面设置有纳米森林结构，所述纳米森林结构由光刻胶形成。

本发明的原始基底可以是硅基原始基底，例如单晶硅、多晶硅或非晶硅；玻璃；石英或蓝宝石。本发明对于原始基底没有特别限制，适用于微加工工艺的常规原始基底均可使用。

优选地，所述纳米森林结构包括多个纳米柱。所述纳米柱的高度可为1-5μm，优选为1.5-3.5μm；直径可为50-300nm，优选为100-200nm；间距可为50-300nm，优选为100-200nm。

制备上表面具有纳米森林结构的原始基底的方法包括以下步骤：提供原始基底；在所述原始基底上表面形成光刻胶层；刻蚀所述光刻胶层，从而得到纳米森林结构。所述刻蚀优选为等离子体刻蚀。优选地，所述光刻胶层的厚度为4-6μm。

然后，在所述纳米森林结构的上表面形成磁性金属层。

优选地，通过溅射形成所述磁性金属层。优选地，所述磁性金属层为磁性材料，例如为镍、铁、钴或锰等。本发明对于磁性金属层的材质没有特别限制，凡是具有磁性的金属均可用于本发明。

优选地，所述磁性金属层的厚度可为20nm-50nm，过薄的金属层难以提供足够的磁吸附力，过厚的金属层则容易在纳米森林顶部形成连续的膜。

之后，将可释放型胶带粘附在所述磁性金属层的上表面，并使所述纳米森林结构与所述原始基底分离，从而得到粘附在所述可释放型胶带上的纳米森林结构。

本发明的可释放型胶带在一定条件下可失去粘附性或者在一定条件下可被降解。优选地，所述可释放型胶带为热释放胶带。所述热释放胶带由温度敏感材料制成，在一定温度下可失去粘附性。所述纳米森林结构在可释放型胶带上呈现密集倒下的状态。

接下来，处理所述可释放型胶带，从而释放上表面具有所述磁性金属层的所述纳米森林结构。

在一些实施例中，所述可释放型胶带为热释放胶带，通过加热来处理所述热释放胶带。加热温度由热释放胶带的特征温度决定。优选地，所述加热在液体中进行。优选地，所述液体为水。所述纳米森林结构从原始基底上脱离后会散布在液体如水中。在一些具体实施例中，可将粘附在热释放胶带上的纳米森林结构放入液体中并加热所述液体，使热释放胶带受热并失去粘附性，从而释放上表面具有所述磁性金属层的所述纳米森林结构。

在另一些具体实施例中，可将粘附在热释放胶带上的纳米森林结构放入加热后的液体中，使热释放胶带受热并失去粘附性，从而释放上表面具有所述磁性金属层的所述纳米森林结构。

然后，提供目标基底。

本发明的目标基底可为任意基底，例如可为硅基底、有机聚合物基底或金属材料基底。在本发明中，目标基底的第一表面和第二表面是指目标基底中面积最大的两个相对的表面，即本领域通常加工的表面，并且目标基底的第一表面是指直接接触所述磁场的表面，目标基底的第二表面是指与所述第一表面相对的表面。在一些实施例中，目标基底的第一表面是指其上表面，目标基底的第二表面是指其下表面。

优选地，所述目标基底的第二表面设置有柔性胶带。所述柔性胶带的厚度为微米级。所述柔性胶带的上下表面均具有粘附性。当所述目标基底的第二表面设置有柔性胶带时，所述方法还包括：在完成转移后，撤销所述磁场。此实施例适用于需要在目标基底的第一表面进行进一步工艺制备的应用场景。由于所述纳米森林结构被所述柔性胶带粘附在所述目标基底上，因此，即使撤销磁场，所述纳米森林结构也依然被固定在所述目标基底上。

在所述目标基底的第二表面未设置柔性胶带的情况下，在完成转移后，所述磁场将始终作用于所述目标基底的第一表面，使得所述纳米森林结构持续吸附在所述目标基底的第二表面。此实施例适用于无需在目标基底的第一表面进行进一步工艺制备的应用场景。

在一些具体实施例中，所述可释放型胶带为热释放胶带；通过加热来处理所述热释放胶带；将所释放的上表面具有所述磁性金属层的所述纳米森林结构放入液体中，并且将所述目标基底以其第二表面与水平面平行的方式放入所述液体中，从而提供所述目标基底。优选地，将所述目标基底放在所述液体的顶部。

在其他实施例中，所述目标基底的第二表面设置有柔性胶带，所述可释放型胶带为热释放胶带；通过加热来处理所述热释放胶带；将所释放的上表面具有所述磁性金属层的所述纳米森林结构放入液体中，并且将所述目标基底以其第二表面与水平面成α角度的方式倾斜地放入所述液体中，从而提供所述目标基底。优选地，将所述目标基底放在所述液体的顶部。优选地，α角度可为0°-45°范围。

最后，在所述目标基底的第一表面施加磁场，从而将上表面具有所述磁性金属层的所述纳米森林结构吸附至所述目标基底的第二表面，以完成转移。

在一些具体实施例中，所述目标基底的第二表面设置有柔性胶带，在施加所述磁场后，上表面具有所述磁性金属层的所述纳米森林结构被吸附至所述柔性胶带上，从而完成转移。

优选地，所述吸附在液体中进行。所述液体可为水。优选地，可通过在所述目标基底的第一表面设置磁性基底来施加磁场。优选地，所述磁性基底为磁铁。当使用磁性基底在水中吸附纳米森林结构时，由于水的阻力与扭矩，且只有纳米森林结构顶部的磁性金属层被磁场吸附，因此纳米森林结构会倾向于竖直向上被吸附在目标基底的第二表面。

优选地，所述原始基底的上表面面积、所述目标基底的第二表面面积和所述磁性基底的下表面面积均相同。

理论上，当在液体中加热所述热释放胶带并且将所述目标基底以其第二表面与水平面平行的方式放入所述液体中的情况下，在所述纳米森林结构转移至目标基底后，纳米柱在目标基底上的排布间距与在原始基底上的排布间距是接近或相同的，原因在于，从宏观上来，由于原始基底上表面面积、目标基底第二表面面积和磁性基底下表面面积均相同，纳米森林结构中的纳米柱的总数量也相同，并且磁场均匀分布在目标基底的第一表面，因此，在这些因素的作用下，纳米柱能够均匀分布在目标基底的第二表面，使得在转移之前和之后纳米柱的间距相同。

理论上，当吸附过程在液体中进行并且将所述目标基底以其第二表面与水平面成α角度的方式倾斜地放入所述液体中的情况下，由于磁力、重力以及水的阻力与扭矩的共同作用，在所述纳米森林结构转移至目标基底后，所述纳米森林结构能够按特定角度θ倾斜排布在目标基底上，并且其中的纳米柱均匀分布在目标基底第二表面。在本发明中，角度θ与角度α之和为90°。本发明方法有效地解决了纳米森林结构无法形成一定倾斜角的问题，极大地拓展了纳米森林结构的应用领域。

下面将结合具体实施例和附图对本发明作进一步说明。

实施例1

首先，提供原始基底100，其为单晶硅原始基底。然后，在原始基底100上表面形成光刻胶层。之后，等离子体刻蚀光刻胶层，从而得到纳米森林结构200，其中纳米柱201高度为3μm，单根纳米柱201直径为100nm，纳米柱201间距为100nm。所得结构如图1所示。

然后，通过溅射在纳米森林结构200的上表面形成厚度为30nm的磁性金属层300，其中磁性金属层300为镍。所得结构如图2所示。

之后，将热释放胶带400(购自上海巨纳科技有限公司)粘附在磁性金属层300的上表面，并施加拉力使纳米森林结构200与原始基底100分离，从而得到粘附在所述可释放型胶带上的纳米森林结构，所得结构如图3所示。

接下来，将粘附在热释放胶带400上的纳米森林结构200加热至90-100℃，使热释放胶带400受热并失去粘附性，并使所释放的上表面具有磁性金属层300的纳米森林结构200落入水500中，所得结构如图4所示。

然后，将目标基底600(硅基底)以其下表面与水平面平行的方式放入水500的顶部，其中目标基底600的下表面面积与原始基底100的上表面面积相同。

之后，在目标基底600的上表面设置磁性基底700来施加磁场，从而将上表面具有磁性金属层300的纳米森林结构200吸附至目标基底600的下表面，以完成转移，其中磁性基底700的下表面面积与目标基底600的下表面面积相同。所得结构如图5所示。

最后，保持磁性基底700始终设置在目标基底600上，并将吸附有纳米森林结构200的目标基底600和磁性基底700一起从水500中取出，所得结构如图6所示。

实施例2

按照实施例1描述的方法进行实施例2，不同之处在于，在将目标基底600放入水500中之前，在目标基底600的下表面设置柔性胶带800；通过磁性基底700施加磁场后，上表面具有磁性金属层300的纳米森林结构200吸附至柔性胶带800，所得结构如图7所示；完成转移后，将吸附有纳米森林结构200的目标基底600从水500中取出，并去除磁性基底700，所得结构如图8所示。

实施例3

按照实施例2描述的方法进行实施例3，不同之处在于，将下表面设置有柔性胶带800的目标基底600以其下表面与水平面成α角度45°的方式倾斜地放入水500的顶部。在水中完成转移后，所得结构如图9所示。将吸附有纳米森林结构200的目标基底600从水500中取出，所得结构如图10所示。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。