一种转移金属薄膜的方法及其应用与流程

本发明涉及亚微米级金属薄膜材料领域，尤其涉及一种转移金属薄膜的方法，更具体地，涉及一种将制备基体上的金属薄膜无损地转移至目标基体的方法，所述目标基体包括但不限于光纤、微流控芯片电极和光学腔。

背景技术：

在金属纳米结构中，传播表面等离子体与局域等离子体共振模的强耦合引起的色散关系使得传感特性的增强主要与纳米结构的位移或弯曲有关。研究表明，在金属层表面形成适当周期和深度的结构，可以提高表面等离子体共振效应。这种灵敏度高、无标签、实时、快速检测等优点，使其在生物传感等领域得到了广泛的应用。为了获得这种良好的光学性能，首要的问题是制备大面积、高质量的金属薄膜结构，并用合适的方法转移到目标基体上。

金属薄膜的转移方法是将金属在不同基体之间转移的方法，通常是将金属薄膜从制备基体转移到目标基体之上。金属薄膜的转移技术是制约亚微米级金属结构器件发展的关键因素，理想的转移技术应具有如下特点：(1)在转移过程中能保持其结构完整、无破损；(2)对结构无污染(包括掺杂)；(3)工艺稳定、可靠，具有较强的适用性和稳定性。

“微接触印刷”是目前比较通用的转移金属薄膜的方法，此方法采用自组装单层作为转移介质涂在目标基底上，确保了金属特征的完整性。但由于自组装单层的扩散和变形，“微接触印刷”方法复制出的金属特征的分辨率较低。“纳米转移印刷”方法通常用于薄金属特征图案的转移，此方法是将金属沉积在具有形状特征的弹性“印章”上，然后在目标基体上印刷的一种方法，确保了“印章”贴合目标基体，但“印章”的低杨氏模量使得金属图案变形，因此限制了金属的几何形状以及形貌的高宽比；使用高模量的“印章”可以减少薄膜特征变形，但会降低“印章”的灵活性和一致性，而且需要对自组装单层的转移介质和每个单独的薄膜特征之间的接触时间和粘附力进行特定的控制；此外，通过物理气相沉积在弹性“印章”上的金属薄膜，由于金属和“印章”的热膨胀系数不同，也会产生裂纹和褶皱。

技术实现要素：

针对现有技术的不足，本发明的目的之一在于提供一种转移金属薄膜的方法，本公开的示例性实施例包括但不限于spr传感器的制造方法、微流控芯片电极系统和利用金属薄膜结构的光谱测量方法。

本发明以大面积的金属薄膜为起始原料，所述金属薄膜包括但不限于大面积金属光栅或其他周期性亚微米结构，所述大面积为宏观意义上的金属薄膜的大小，即所制备的整片金属薄膜的大小。

本发明采用微接触印刷剥离金属薄膜的原理，选用与金属结合力差的材料作为制备基体，方便金属薄膜结构从制备基体上剥离。

本发明以自组装单层或粘性聚合物薄膜为界面粘合层来剥离金属薄膜与制备基体，同时界面粘合层与金属薄膜以及目标基体的表面发生聚合反应交联成网络结构，达到稳定粘接的目的。

具体地，本发明可通过如下技术方案实现：

一种转移金属薄膜的方法，采用微接触印刷方法剥离金属薄膜，采用能与金属薄膜以及目标基体的表面发生聚合反应交联成网络结构的自组装单层或粘性聚合物薄膜为界面粘合层；

所述方法包括如下步骤：

(1)在制备基体上溅射一层金属薄膜；

(2)在目标基体上均匀旋涂界面粘合层，使目标基体与界面粘合层充分接触；

(3)将步骤(2)所述目标基体与制备基体上的金属薄膜表面充分接触，形成粘合组装结构；

(4)将步骤(3)所述粘合组装结构置于光照下；

(5)调整粘合组装结构中的目标基体的位置，使金属薄膜与制备基体剥离。

本发明所述黏合剂可以选自透明的黏性材料。在适当波长足够强度的紫外光照射下生成自由基或离子，进而引发聚合反应交联成网络结构，实现材料的粘接。

优选地，步骤(1)使用jcp-200高真空磁控溅射镀膜机对制备基体进行溅射作为起始原料，溅射时间为0～120min，例如30min、42min、57min、98min等，优选40～60min。

步骤(2)所述界面粘合层优选透明黏性液体，耐温-54℃～150℃，粘度为200mpa.s～400mpa.s。使用匀胶机旋涂界面粘合层，将其旋涂至合适厚度，既能保证其粘性又不影响后续操作以及所制备的结构的性能，旋涂转速为0r/min～3000r/min,例如500r/min、955r/min、1648r/min、2500r/min等，优选2000r/min。

步骤(2)与步骤(3)采用xyz三维调节架，将目标基体与粘合层或金属薄膜接触。

步骤(4)所述光照采用紫外光，其波长为365nm或395nm，优选395nm；照射距离不应多于5cm；照射时间不应低于5min，优选5min。

步骤(5)采用xyz三维调节架往上调节目标基体的位置，不应产生其他扰动，以免影响金属薄膜的剥离。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

(1)通过微接触印刷法，分离出金属薄膜，实现了金属薄膜制备基体的重复利用。

(2)在金属薄膜转移过程中使用的界面粘合层，其柔韧特性提高了粘接面承受载荷的能力，改善了减震特性。

(3)通过改变金属薄膜与目标基体之间的界面粘合层，松弛内应力，在典型的模压应力水平下不会产生应力开裂；其较大的杨氏模量使金属特征在转移过程中避免变形，保证结构的完整性。

(4)本发明所提供的金属薄膜转移过程中的界面粘合层实用性强，具有良好的生物相容性，成本低，周期短，暴露于足够强度的紫外光下会快速固化成柔韧透明的胶层，不改变转移后得到的金属薄膜的光学性能。

附图说明

图1是如本文所述的目标基体与界面粘合层充分接触的透视图。

图2是如本文所述的透明黏性材料与金属薄膜充分接触的示意图。

图3是如本文所述的目标基体端面上的黏性材料将金属薄膜从制备基体上剥离的透视图。

图中：1目标基体；2黏性材料；3金属薄膜a；4金属薄膜b；5制备基体。

具体实施方式

合适的金属薄膜转移技术包括但不限于所述实施例。

实施例1

一种转移并制备的采用金属衍射光栅模式的spr传感器的制造方法，包括以下步骤：

(1)选用与金属结合力差的材料作为制备基体，方便光栅结构从制备基体上剥离。所选用靶材为au，制备基体为玻璃；

(2)使用jcp-200高真空磁控溅射镀膜机以au为靶材对玻璃制备基体进行溅射；

(3)利用激光光刻技术对制备基体上的金薄膜进行光刻，将衍射图案转移到光刻胶上；

(4)将i、ki、蒸馏水以1:5:50进行质量配比，对光刻结构进行金属刻蚀，将衍射图案转移至au层上；

(5)用丙酮去除表面残留的光刻胶，得到大面积固定周期的光栅结构；

(6)将单模光纤切割成所需长度与形状，作为目标基体，将紫外胶作为透明黏性材料；

(7)将紫外胶均匀地旋涂于干净的盖玻片上，第i转速为500r/min，时间为8s，第ii转速为2000r/min，时间为60s，作为界面粘合层；

(8)利用三维调节架夹住光纤，将光纤横截面适当接触紫外胶，使横截面充分均匀涂满紫外胶；

(9)利用三维调节架夹住光纤，调整位置，使光纤横截面的紫外胶与所制备的金属光栅接触；

(10)在波长为395nm的紫外光下照明5min，光源与紫外胶距离不超过5cm；

(11)向上调节三维调节架的z方向，使金属光栅与制备基体完全剥离。

实施例2

一种转移并制备电极的制造方法，包括以下步骤：

(1)选用与金属结合力差的材料作为制备基体，方便光栅结构从制备基体上剥离。所选用靶材为au，制备基体为玻璃；

(2)使用jcp-200高真空磁控溅射镀膜机以au为靶材对玻璃制备基体进行溅射；

(3)利用激光光刻技术对制备基体上的金薄膜进行光刻，将衍射图案转移到光刻胶上；

(4)将i、ki、蒸馏水以1:5:50进行质量配比，对光刻结构进行金属刻蚀，将衍射图案转移至au层上；

(5)用丙酮去除表面残留的光刻胶，得到大面积固定周期的光栅结构；

(6)将电极基底材料作为目标基体，将pdms作为透明黏性材料；

(7)将pdms均匀地旋涂于干净的目标基体上，第i转速为500r/min，时间为8s，第ii转速为3000r/min，时间为15s；

(8)利用三维调节架夹住电极基底材料，调整位置，使电极基底材料上的pdms与所制备的金属光栅接触；

(9)静置一段时间后，pdms完全固化，向上调节三维调节架的z方向，使金属光栅与制备基体完全剥离。