纳米孔阵列加工技术研究进展
发布时间：2021-10-13 22:15
纳米孔阵列在生物检测、传感器、发光器件、光学调制和新能源等领域具有重要的应用。综述了目前几种主流的纳米孔阵列加工技术的基本原理、研究进展、加工效率、加工精度、加工质量、适用范围,并比较了这几种加工方法各自的优势及其局限性。最后指出了纳米孔阵列加工技术当前所面临的挑战和今后的发展方向,以期为大面积纳米孔阵列的高效率、高精度、高质量、低成本制造提供新思路。
【文章来源】：机械工程学报. 2020,56(09)北大核心EICSCD
【文章页数】：11 页
【部分图文】：
模板导引电化学蚀刻法制备金属纳米孔阵列流程图
SRISUAI等[26]利用激光干涉光刻技术在硅衬底表面的光刻胶上制备了周期性纳米孔阵列图形(图7)，最小纳米孔径达到190 nm，通过控制曝光时间和入射角可以调节纳米孔阵列的形貌与尺寸。激光干涉光刻技术不需要复杂的光学元件，也不需要模板，能够进行大面积的周期性纳米图形加工，并且价格低廉，具有较大的应用前景。纳米孔的孔径与激光波长成正比，激光波长越短，纳米孔的孔径越小。激光干涉刻蚀技术通常用在对光敏感或吸光率较高的材料(如有机物薄膜、硅衬底等)上加工二维阵列图案。对于吸光率低的材料，该技术的应用受到限制。图7 周期性纳米孔阵列图形
随着科技的发展，纳米孔阵列在生物检测、传感器、发光器件和新能源等领域都有着越来越广泛的应用前景(图1)[1-13]。纳米孔阵列用于传感技术中具有高灵敏度、快速便捷等优点[1]。《Nature》和《Science》共同报道的纳米孔测序技术，能够对人体全基因进行测序[2]，不仅能够预测疾病，还能诊断疾病和药物筛选，对基因进行缺陷修复；同时人类全基因测序有望将现有技术的1个月缩短到1天，花费从500万美元减少到1 000美金。人类有3 000多种遗传病，因此尽快测出基因序列对认识、治疗疾病有重要意义[3-4]。人在压力大时会分泌一种叫做皮质醇的激素，一旦经历长期压力，皮质醇水平持续过高，人体的血管、免疫等系统都将受到负面影响，而基于纳米孔阵列的皮质醇传感器可以做到快速激素水平测试，随时监测身体状况(图1a)[5]。纳米孔阵列在传感器中的应用使得传感器体积更小，精度更高，对人类健康领域的技术变革将产生巨大的推动作用。纳米孔阵列薄膜可以显著提升光的吸收和光电转换效率(图1a)[6]。钙钛矿薄膜的光利用率和晶体质量对于器件效率的提高起到至关重要，在钙钛矿太阳能电池的电子传输层上制作纳米孔阵列能够有效改善器件的光能收集、结晶质量，同时还能释放弯曲时的机械应力[7-8]；在蓝宝石衬底上制作纳米孔阵列图案可以提高Ga N基LED的光提取效率[9]。纳米孔阵列对光电转化器件性能的提升有革命性的意义，将帮助光电器件突破瓶颈，对人类清洁能源的应用产生巨大的推动作用。此外，在纳米光刻模板[10]、近场光学调制[11]、离子逻辑电路和微流控[12]等方面，纳米孔阵列也有着良好的应用前景。然而，目前固态纳米孔阵列的加工仍然面临着加工精度、加工效率、加工质量、加工成本等方面的挑战。本文综述了纳米孔阵列的几种主要加工方法的加工原理、研究进展、加工优势及存在的问题。最后总结了目前纳米孔阵列加工技术所面临的挑战，并指出了纳米孔阵列加工技术的未来发展方向。
【参考文献】：
期刊论文
[1]用于飞秒激光纳米加工的TiO2粒子阵列诱导多种基底表面近场增强[J]. 焦悦,陶海岩,季博宇,宋晓伟,林景全. 物理学报. 2017(14)
[2]孔间距和孔径连续可调的PAA模板的制备[J]. 刘皓,朱丽丽,徐艳芳,李晓久,王玉秀. 化学工程. 2017(02)
[3]SiN薄膜纳米孔芯片制造工艺实验研究[J]. 袁志山,蔺卡宾,杨浩杰,纪安平,沙菁,谢骁,倪中华,易红,陈云飞. 东南大学学报(自然科学版). 2016(05)
[4]微粒检测用微孔的聚焦离子束加工及其验证平台搭建[J]. 林枫,徐宗伟,申雪岑. 纳米技术与精密工程. 2015(06)
[5]基于聚焦离子束的氮化硅纳米孔的制备和表征[J]. 武灵芝,吴宏文,刘丽萍,叶晓峰,刘全俊. 生物物理学报. 2013(03)
[6]用聚焦离子束气体辅助刻蚀在LiNbO3上制备亚微米圆孔点阵[J]. 徐雪峰,颜莎,王克明,王雪林,薛建明,王宇钢. 北京大学学报(自然科学版). 2009(06)
本文编号：3435501
【文章来源】：机械工程学报. 2020,56(09)北大核心EICSCD
【文章页数】：11 页
【部分图文】：
模板导引电化学蚀刻法制备金属纳米孔阵列流程图
SRISUAI等[26]利用激光干涉光刻技术在硅衬底表面的光刻胶上制备了周期性纳米孔阵列图形(图7)，最小纳米孔径达到190 nm，通过控制曝光时间和入射角可以调节纳米孔阵列的形貌与尺寸。激光干涉光刻技术不需要复杂的光学元件，也不需要模板，能够进行大面积的周期性纳米图形加工，并且价格低廉，具有较大的应用前景。纳米孔的孔径与激光波长成正比，激光波长越短，纳米孔的孔径越小。激光干涉刻蚀技术通常用在对光敏感或吸光率较高的材料(如有机物薄膜、硅衬底等)上加工二维阵列图案。对于吸光率低的材料，该技术的应用受到限制。图7 周期性纳米孔阵列图形
随着科技的发展，纳米孔阵列在生物检测、传感器、发光器件和新能源等领域都有着越来越广泛的应用前景(图1)[1-13]。纳米孔阵列用于传感技术中具有高灵敏度、快速便捷等优点[1]。《Nature》和《Science》共同报道的纳米孔测序技术，能够对人体全基因进行测序[2]，不仅能够预测疾病，还能诊断疾病和药物筛选，对基因进行缺陷修复；同时人类全基因测序有望将现有技术的1个月缩短到1天，花费从500万美元减少到1 000美金。人类有3 000多种遗传病，因此尽快测出基因序列对认识、治疗疾病有重要意义[3-4]。人在压力大时会分泌一种叫做皮质醇的激素，一旦经历长期压力，皮质醇水平持续过高，人体的血管、免疫等系统都将受到负面影响，而基于纳米孔阵列的皮质醇传感器可以做到快速激素水平测试，随时监测身体状况(图1a)[5]。纳米孔阵列在传感器中的应用使得传感器体积更小，精度更高，对人类健康领域的技术变革将产生巨大的推动作用。纳米孔阵列薄膜可以显著提升光的吸收和光电转换效率(图1a)[6]。钙钛矿薄膜的光利用率和晶体质量对于器件效率的提高起到至关重要，在钙钛矿太阳能电池的电子传输层上制作纳米孔阵列能够有效改善器件的光能收集、结晶质量，同时还能释放弯曲时的机械应力[7-8]；在蓝宝石衬底上制作纳米孔阵列图案可以提高Ga N基LED的光提取效率[9]。纳米孔阵列对光电转化器件性能的提升有革命性的意义，将帮助光电器件突破瓶颈，对人类清洁能源的应用产生巨大的推动作用。此外，在纳米光刻模板[10]、近场光学调制[11]、离子逻辑电路和微流控[12]等方面，纳米孔阵列也有着良好的应用前景。然而，目前固态纳米孔阵列的加工仍然面临着加工精度、加工效率、加工质量、加工成本等方面的挑战。本文综述了纳米孔阵列的几种主要加工方法的加工原理、研究进展、加工优势及存在的问题。最后总结了目前纳米孔阵列加工技术所面临的挑战，并指出了纳米孔阵列加工技术的未来发展方向。
【参考文献】：
期刊论文
[1]用于飞秒激光纳米加工的TiO2粒子阵列诱导多种基底表面近场增强[J]. 焦悦,陶海岩,季博宇,宋晓伟,林景全. 物理学报. 2017(14)
[2]孔间距和孔径连续可调的PAA模板的制备[J]. 刘皓,朱丽丽,徐艳芳,李晓久,王玉秀. 化学工程. 2017(02)
[3]SiN薄膜纳米孔芯片制造工艺实验研究[J]. 袁志山,蔺卡宾,杨浩杰,纪安平,沙菁,谢骁,倪中华,易红,陈云飞. 东南大学学报(自然科学版). 2016(05)
[4]微粒检测用微孔的聚焦离子束加工及其验证平台搭建[J]. 林枫,徐宗伟,申雪岑. 纳米技术与精密工程. 2015(06)
[5]基于聚焦离子束的氮化硅纳米孔的制备和表征[J]. 武灵芝,吴宏文,刘丽萍,叶晓峰,刘全俊. 生物物理学报. 2013(03)
[6]用聚焦离子束气体辅助刻蚀在LiNbO3上制备亚微米圆孔点阵[J]. 徐雪峰,颜莎,王克明,王雪林,薛建明,王宇钢. 北京大学学报(自然科学版). 2009(06)
本文编号：3435501
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/cailiaohuaxuelunwen/3435501.html
