通常，基于剛性襯底的結(jié)構(gòu)或器件一旦被制備出來，其光學(xué)特性就被固定下來了。盡管這些固定的光學(xué)特性可以應(yīng)付集成光子學(xué)中的傳導(dǎo)、傳感和增強等被動功能。但在調(diào)諧、調(diào)制/開關(guān)、激射等主動功能方面卻需要特殊的功能材料，如非線性材料等，使得在實際應(yīng)用上受到諸多限制。相比于傳統(tǒng)的基于剛性襯底的器件，柔性器件因具有柔韌性、生物相容性、動態(tài)可調(diào)控等特性引起了眾多科學(xué)家的極大研究興趣，正是這些特性使之被廣泛研究和應(yīng)用，如可全彩調(diào)諧的等離激元柔性器件，可變焦的平鏡頭，可拉伸的穿戴式有機晶體管等。然而，在彈性襯底上制備微納結(jié)構(gòu)是制造柔性器件中最關(guān)鍵的一步。目前，基于傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)移技術(shù)可在彈性襯底上制備線度大于10微米的結(jié)構(gòu)，而在彈性襯底上制備線度小于10微米的二維和三維結(jié)構(gòu)仍然是個巨大挑戰(zhàn)。
近日，中山大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院、光電材料與技術(shù)國家重點實驗室的金崇君教授研究組在彈性襯底上制備三維微納結(jié)構(gòu)的研究方面取得重要進展，發(fā)展了一種具有高效率、高精度、應(yīng)用范圍廣等優(yōu)點的金屬薄膜輔助納米轉(zhuǎn)移技術(shù)，相關(guān)成果發(fā)表在國際著名學(xué)術(shù)刊物ACS Nano（SCI影響因子13.709）上。
圖一 金屬薄膜輔助納米轉(zhuǎn)移技術(shù)的基本工藝流程圖
采用電子束曝光和聚焦離子束刻蝕等方法很難直接在易變形的襯底上制備微納結(jié)構(gòu)。為解決這個問題，直接從剛性襯底上剝離微納結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)移方法引起了不同領(lǐng)域科學(xué)家的注意，如采用已固化的PDMS彈性襯底直接從剛性襯底上轉(zhuǎn)移金屬微納結(jié)構(gòu)。該方法的優(yōu)勢在于，轉(zhuǎn)移過程不會改變其原有的結(jié)構(gòu)。然而，不幸的是，小尺寸的微納結(jié)構(gòu)和三維結(jié)構(gòu)很難被直接轉(zhuǎn)移至已固化好的彈性襯底上。最近，金崇君教授研究組提出在原傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)移方法基礎(chǔ)上，利用金屬薄膜作為輔助轉(zhuǎn)移層，并結(jié)合對彈性襯底預(yù)拉伸的方法，發(fā)展了一種可在彈性襯底制備三維微納結(jié)構(gòu)的金屬薄膜輔助納米轉(zhuǎn)移技術(shù)，相應(yīng)的具體工藝流程如圖一所示。該方法的優(yōu)點如下：1）僅通過一次轉(zhuǎn)移可實現(xiàn)在彈性襯底上制備微納結(jié)構(gòu)；2）可以在彈性襯底上制備出比采用先進的機械自組裝技術(shù)小兩個數(shù)量級的微納結(jié)構(gòu)；3）通過預(yù)拉伸，可在彈性襯底PDMS等上制備出橋狀、棚屋狀、金字塔狀和流體通道等三維微納結(jié)構(gòu)（如圖二所示）。該研究組發(fā)展的金屬薄膜輔助轉(zhuǎn)移技術(shù)為柔性納米光子和光電器件的制備提供了新的方法。
圖二 基于金屬薄膜輔助納米轉(zhuǎn)移技術(shù)在彈性襯底上制備的多種三維微納結(jié)構(gòu)
該研究成果以題為“Metal-Assisted Transfer Strategy for Construction of 2D and 3D Nanostructures on an Elastic Substrate”的論文在線發(fā)表在ACS Nano 2019, 13, 440-448, 劉文杰副研究員和鄒秋順博士為共同第一作者，金崇君教授為通訊作者。該研究已申請國內(nèi)發(fā)明專利 （CN 201811235317.8 2018. 10. 23），具有自主知識產(chǎn)權(quán)。本研究得到國家自然科學(xué)基金委、廣東省自然科學(xué)基金、廣州市科技計劃和光電材料與技術(shù)國家重點實驗室等機構(gòu)的資助。
論文鏈接：https://pubs.acs.org.ccindex.cn/doi/10.1021/acsnano.8b06623
