淺談納米圖像印刷技術
發布時間：2024-06-13 點擊：91
（１）微接觸印刷技術（mcp）
就是把有機高分子溶液作油墨，涂于硅橡膠印版的圖像部分，通過微接觸印刷的方法，將印版凸起處的有機高分子轉移至被印基板表面（圖6）。由于發明者的巧妙設計，有機高分子被牢牢地吸著在基板表面上，形成分子厚度的凹凸圖像。人們把這種技術稱為微接觸印刷技術。這里需要說明的，是在早期的實驗中，作為油墨用的是帶巰基的有機高分子乙醇溶液，所謂的基板是指表面鍍有一層金膜的硅片材。當人們將硅橡膠印版上含巰基的高分子溶液轉印到金膜上，便形成了自組裝式的單分子膜圖像。日本產業技術綜合研究所納米工藝學研究部的水谷亙等人指出，除含巰基的有機高分子溶液可作為微接觸印刷的油墨使用外，最近科學家們又發現了表面具有化學活性的氨基硅烷，也是一種性能非常好的油墨。用這種油墨印刷出的圖像（基板為云母片），經原子能顯微鏡（afm）檢測確認，在氨基硅烷圖像的表面吸附著大量的dna 分子。人們認為，這是因為氨基硅烷表面的正電荷與具有負電荷的dna 分子相互吸引的結果。
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微接觸印刷不但具有快速、廉價的優點，而且還不需要潔凈間的苛刻條件，甚至不需要絕對平整的表面。微接觸印刷還適合多種不同表面，具有操作方法靈活多變的特點。該方法的缺點是在亞微米尺度，印刷時硫醇分子的擴散將影響對比度，并使印出的圖形變寬。通過優化浸墨方式、浸墨時間，尤其是控制好壓模上墨量及分布，可使擴散效應下降。
（2）毛細管微造型術（mimic）
就是將具有納米凹凸圖像的印版置于基板表面，這時印版圖像凹凸處與基板表面形成極細的縫隙（毛細管），然后把液體聚合物滴在硅橡膠印版上。由于毛細管作用，液體聚合物便自行進入這些縫隙中。如果我們將縫隙中的聚合物固化后并將兩者分離開來，即可獲得精細的納米凹凸圖像。該技術可在光學組件等的制造領域獲得廣泛應用。
（3）微轉印造型術（mtm）
就是將預聚物當做油墨，施涂于硅橡膠印版的凹陷處，通過轉印方式，把預聚物轉移到基板表面，再加熱固化，形成納米凹凸圖像。我們把這種印刷方法稱為微轉印造型術。
（4）近場相位轉換印刷術（psl）
就是在基板上涂布光致抗蝕劑涂層后，再用硅橡膠模具在抗蝕劑涂膜上轉印圖像，并把它作為接觸曝光的掩膜，如用紫外光對其接觸曝光。由于硅橡膠模具轉印的凹凸圖形引發相位轉換，從而有可能形成圖像。不過，前提條件是圖像凹凸部位的尺寸大小要比紫外光的波長還小，近場光的作用才能使圖像轉印成為現實。最近有文獻報導，用此種技術可在球面上形成納米圖像。
除此之外，還有納米化學平板印刷術。它是納米材料自裝配技術的最新類型之一。在科學家的演示中，這一工藝能夠有效地形成非常穩定的納米粒子周期隊列，而不被先前平板印刷術（例如原子顯微鏡浸沾印刷術、激光平板印刷術、電子束平板印刷術、軋壓印刷術等）中的很多瑕疵和局限所限制。納米化學平板印刷術包括制作納米尺寸的周期模板技術，要求對大小、尺寸、空間分布及功能的絕對控制。納米化學平板印刷術是一個多種技術的結合體，其中粒子的排列是通過反映活性的不同來控制，反映活性則由粒子及其表面暴露于何種類型的化學處理中來決定。
科學家利用聚合在硅芯片上的石榴紅發光釔鋁（yag）納米粒子，向其中合成添加劑粒子并結晶來測定他們的形狀和成分。在將納米粒子聚合在硅芯片上之前，科學家利用一種基于「原子步移」現象的蝕刻技術，預先在硅芯片上雕刻模板。由于硅芯片表面自然存在的原子高位的步伐，科學家能夠通過處理來移動這些原子，從而制造出所需的模板。化學反應（硅、氮、氧之間）所形成的氮化物薄層相應地形成于原子步移的邊界上，從而預先雕刻模板于芯片上。為了使顆粒沿著芯片上的模板排列起來，科學家將樣品置于一個超高真空室中退火處理幾個小時。經過攝氏500 -850度的處理，不僅獲得了基于范本精確排列的納米粒子，而且還獲得了另一個優點。使用這一技術測量淬火處理后，納米材料的排列還可以顯示其強度。一般來說，很多納米粒子都承受于光子漂白作用之下，這一損傷是由于暴露在高強光下引起；而另一方面，這些粒子卻在科學家熒光成像測量技術中的延長照明中保持著它們的初始狀態。
總而言之，納米圖像印刷并非傳統意義的印刷技術，它是一種新近涌現的所謂軟印刷技術。該技術突破了今天印刷精度的極限（微米級別），把印刷推進到了納米加工的尺度。從而成為納米結構、納米器件，甚至納米機器制造的重要手段之一。納米圖像印刷技術目前被認為是最接近實用化的制造技術，它預示著精細加工領域正在發生著深刻的變革。具有納米結構超精細圖像的制造，將從科學家們的實驗室中走出來，并迅速邁向實用化階段，日本目前已有納米印刷裝置在市場上出售。但為了形成良好的結構體，還必須發展以納米模板和樹脂材料為先導的相關技術，目前這一研究正在全世界范圍內展開。納米圖像印刷技術的應用重點主要是電子和微電子領域，但也開始涉及邊緣能源等領域。隨著以納米圖像印刷技術為代表的軟印刷技術研究的不斷深入，它必將促進電子、微電子、印刷及其它相關技術更深遠的革命。
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就是把有機高分子溶液作油墨，涂于硅橡膠印版的圖像部分，通過微接觸印刷的方法，將印版凸起處的有機高分子轉移至被印基板表面（圖6）。由于發明者的巧妙設計，有機高分子被牢牢地吸著在基板表面上，形成分子厚度的凹凸圖像。人們把這種技術稱為微接觸印刷技術。這里需要說明的，是在早期的實驗中，作為油墨用的是帶巰基的有機高分子乙醇溶液，所謂的基板是指表面鍍有一層金膜的硅片材。當人們將硅橡膠印版上含巰基的高分子溶液轉印到金膜上，便形成了自組裝式的單分子膜圖像。日本產業技術綜合研究所納米工藝學研究部的水谷亙等人指出，除含巰基的有機高分子溶液可作為微接觸印刷的油墨使用外，最近科學家們又發現了表面具有化學活性的氨基硅烷，也是一種性能非常好的油墨。用這種油墨印刷出的圖像（基板為云母片），經原子能顯微鏡（afm）檢測確認，在氨基硅烷圖像的表面吸附著大量的dna 分子。人們認為，這是因為氨基硅烷表面的正電荷與具有負電荷的dna 分子相互吸引的結果。
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微接觸印刷不但具有快速、廉價的優點，而且還不需要潔凈間的苛刻條件，甚至不需要絕對平整的表面。微接觸印刷還適合多種不同表面，具有操作方法靈活多變的特點。該方法的缺點是在亞微米尺度，印刷時硫醇分子的擴散將影響對比度，并使印出的圖形變寬。通過優化浸墨方式、浸墨時間，尤其是控制好壓模上墨量及分布，可使擴散效應下降。
（2）毛細管微造型術（mimic）
就是將具有納米凹凸圖像的印版置于基板表面，這時印版圖像凹凸處與基板表面形成極細的縫隙（毛細管），然后把液體聚合物滴在硅橡膠印版上。由于毛細管作用，液體聚合物便自行進入這些縫隙中。如果我們將縫隙中的聚合物固化后并將兩者分離開來，即可獲得精細的納米凹凸圖像。該技術可在光學組件等的制造領域獲得廣泛應用。
（3）微轉印造型術（mtm）
就是將預聚物當做油墨，施涂于硅橡膠印版的凹陷處，通過轉印方式，把預聚物轉移到基板表面，再加熱固化，形成納米凹凸圖像。我們把這種印刷方法稱為微轉印造型術。
（4）近場相位轉換印刷術（psl）
就是在基板上涂布光致抗蝕劑涂層后，再用硅橡膠模具在抗蝕劑涂膜上轉印圖像，并把它作為接觸曝光的掩膜，如用紫外光對其接觸曝光。由于硅橡膠模具轉印的凹凸圖形引發相位轉換，從而有可能形成圖像。不過，前提條件是圖像凹凸部位的尺寸大小要比紫外光的波長還小，近場光的作用才能使圖像轉印成為現實。最近有文獻報導，用此種技術可在球面上形成納米圖像。
除此之外，還有納米化學平板印刷術。它是納米材料自裝配技術的最新類型之一。在科學家的演示中，這一工藝能夠有效地形成非常穩定的納米粒子周期隊列，而不被先前平板印刷術（例如原子顯微鏡浸沾印刷術、激光平板印刷術、電子束平板印刷術、軋壓印刷術等）中的很多瑕疵和局限所限制。納米化學平板印刷術包括制作納米尺寸的周期模板技術，要求對大小、尺寸、空間分布及功能的絕對控制。納米化學平板印刷術是一個多種技術的結合體，其中粒子的排列是通過反映活性的不同來控制，反映活性則由粒子及其表面暴露于何種類型的化學處理中來決定。
科學家利用聚合在硅芯片上的石榴紅發光釔鋁（yag）納米粒子，向其中合成添加劑粒子并結晶來測定他們的形狀和成分。在將納米粒子聚合在硅芯片上之前，科學家利用一種基于「原子步移」現象的蝕刻技術，預先在硅芯片上雕刻模板。由于硅芯片表面自然存在的原子高位的步伐，科學家能夠通過處理來移動這些原子，從而制造出所需的模板。化學反應（硅、氮、氧之間）所形成的氮化物薄層相應地形成于原子步移的邊界上，從而預先雕刻模板于芯片上。為了使顆粒沿著芯片上的模板排列起來，科學家將樣品置于一個超高真空室中退火處理幾個小時。經過攝氏500 -850度的處理，不僅獲得了基于范本精確排列的納米粒子，而且還獲得了另一個優點。使用這一技術測量淬火處理后，納米材料的排列還可以顯示其強度。一般來說，很多納米粒子都承受于光子漂白作用之下，這一損傷是由于暴露在高強光下引起；而另一方面，這些粒子卻在科學家熒光成像測量技術中的延長照明中保持著它們的初始狀態。
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