一种高度有序并且重复性好的呈轴对称的周期性的纳米孔洞结构的制备方法与流程

本发明属于微纳结构制造的技术领域，具体涉及设计并制备一种高度有序并且重复性好的呈轴对称的周期性的纳米孔洞结构。

技术背景

微孔腔状结构在纳米反应器、纳米载药、生物、能源等领域都具有重要应用前景。能够对空洞数目、大小、排列位置进行调控的制备技术具有重要的实际应用价值。

目前微孔腔状结构制备大多采用化学方法获得，材料选择和腔体构成受到材料化学性质强烈限制，因此材料种类限制了微孔腔状结构纳米材料的应用，因此为拓宽微孔腔状结构应用范围，提供材料选择多样化以及复合材料的使用尤显重要。

技术实现要素：

为了解决现有技术在制备微孔腔状结构方面所存在的问题，提供一种能够用于多种材料的微孔腔状结构制备方法，本发明以二维聚苯乙烯胶体阵列为基础结构，通过磁控溅射和等离子体刻蚀技术，制备出了二维空洞数目及排列可控的金属纳米腔体阵列。

本发明制备方法的具体步骤如下：

1)采用自组装方法制备的高度有序的聚苯乙烯小球阵列；

1a)清洗硅片。将硅片并放入烧杯中，在烧杯中分别加入体积比为1:2:6的氨水、过氧化氢和去离子水的混合溶液中。将烧杯放在烤焦台上加热至沸腾，并保持5～10min，冷却后将液体倒出，依次用去离子水，无水乙醇反复超声15min。

1b)制备六方密排的聚苯乙烯小球阵列。将直径500nm聚苯乙烯小球和无水乙醇的按照体积比为1:1混合，再通过超声处理使聚苯乙烯小球均匀分散，用移液枪将聚苯乙烯小球分散液滴在大块的硅片，使分散液均匀分布在硅片上，将大硅片缓慢倾斜的滑入液面平稳的器皿中，在水面上形成密排的聚苯乙烯小球阵列，最后用清洗后的硅片将浮在水面上的小球阵列缓慢的捞起来，吸水干燥后备用。

2)利用等离子体刻蚀机对高度有序的聚苯乙烯小球阵列进行刻蚀1min，蚀刻气体为体积比为o2:ar＝4:1的混合气体，经过刻蚀聚苯乙烯小球的直径由500nm减小到460nm，然后进行胶体粒子分离，将经过刻蚀聚苯乙烯小球阵列分离出来；

3)利用磁控溅射垂直在其表面溅射一层厚度为320nm的金属，在聚苯乙烯小球阵列表面形成球状包覆的阵列结构。

4)利用胶带将溅射完成的样品转移到胶带表面，使中间小孔朝上，露出部分聚苯乙烯小球

5)把粘贴得到的胶带样品放入四氢呋喃溶液中，将聚苯乙烯小球溶解去除。

6)利用等离子体刻蚀机，以体积比为o2:ar＝4:1的混合气体为蚀刻气体对胶带表面的样品分别刻蚀1、2或3min，得到一种中间带有孔洞，孔洞周围带有六个大小相同类似于纽扣的高度有序并且重复性好的呈轴对称的周期性的纳米孔洞结构。

本发明的有益效果：

在本发明中，设计并制备了一种不同称周期性的纳米孔洞阵列，呈六轴对称。该周期结构的制备不同于传统的物理方法，是一种全新的纳米周期性孔洞结构制备的方法。创新性在于它不同的刻蚀位置和可调控的孔洞大小。

附图说明

图1利用等离子体刻蚀机对刻蚀1min后得到的六轴对称结构sem。

图2利用等离子体刻蚀机对刻蚀2min后得到的六轴对称结构sem。

图3利用等离子体刻蚀机对刻蚀3min后得到的六轴对称结构sem。

具体实施方式

本结构制备方法的具体步骤如下：

1)采用自组装方法制备的高度有序的聚苯乙烯小球阵列；

1a)清洗硅片。将硅片并放入烧杯中，在烧杯中分别加入体积比为1:2:6的氨水、过氧化氢和去离子水的混合溶液中。将烧杯放在烤焦台上加热至沸腾，并保持5～10min，冷却后将液体倒出，依次用去离子水，无水乙醇反复超声15min。

1b)制备六方密排的聚苯乙烯小球阵列。将直径500nm聚苯乙烯小球和无水乙醇的按照体积比为1:1混合，再通过超声处理使聚苯乙烯小球均匀分散，用移液枪将聚苯乙烯小球分散液滴在大块的硅片，使分散液均匀分布在硅片上，将大硅片缓慢倾斜的滑入液面平稳的器皿中，在水面上形成密排的聚苯乙烯小球阵列，最后用清洗后的硅片将浮在水面上的小球阵列缓慢的捞起来，吸水干燥后备用。

2)利用等离子体刻蚀机对高度有序的聚苯乙烯小球阵列进行刻蚀1min，蚀刻气体为体积比为o2:ar＝4:1的混合气体，经过刻蚀聚苯乙烯小球的直径由500nm减小到460nm，然后进行胶体粒子分离，将经过刻蚀聚苯乙烯小球阵列分离出来；

3)利用磁控溅射垂直在其表面溅射一层厚度为320nm的金属，在聚苯乙烯小球阵列表面形成球状包覆的阵列结构。本实施例中以au为例，在溅射功率为25w，真空度为2×10^-4的高真空条件下，通入氩气流量为20sccm，垂直于经过刻蚀聚苯乙烯小球阵列进行溅射，溅射时间8min，au的溅射厚度为320nm，本实施例中得到au也可以使用ag或是其他金属材料替换，但相应的溅射条件也将来发生改变。

4)利用胶带将溅射完成的样品转移到胶带表面，使中间小孔朝上，露出部分聚苯乙烯小球

5)把粘贴得到的胶带样品放入四氢呋喃溶液中，将聚苯乙烯小球溶解去除。

6)利用等离子体刻蚀机，以体积比为o2:ar＝4:1的混合气体为蚀刻气体对胶带表面的样品分别刻蚀1、2或3min，从而获得一种中间孔洞(260nm)周围带有六个大小相同类似于纽扣的结构；也随着刻蚀时间的变化形成了不同形貌和不同尺寸(50，80，120nm)的纳米孔腔阵列结构。