淺談一種更快獲取超材料的方法論文
能夠以特殊方式與光進(jìn)行互動(dòng)的納米結(jié)構(gòu)材料可制備一系列新型光學(xué)器件，如納米涂層太陽(yáng)能電池、光學(xué)計(jì)算機(jī)、隱身斗篷等。一種新的制備方法能夠更加容易地設(shè)計(jì)、制造大尺寸的片狀超材料。
為挖掘在利用可見(jiàn)光或紅外線的成像和通信領(lǐng)域的潛在應(yīng)用，研究人員利用金屬和半導(dǎo)體材料制備了具有致密、錯(cuò)綜復(fù)雜的納米圖案的超材料。該類(lèi)材料的制備通常利用過(guò)程緩慢且價(jià)格昂貴的電子束光刻或離子束光刻等技術(shù)。據(jù)哈佛大學(xué)George M. Whitesides 實(shí)驗(yàn)室的研究員Alex Nemiroski 介紹，光刻技術(shù)能夠更快速地制備超材料，但是其分辨率較低且不能形成高密度、有序的圖案。為了加快創(chuàng)新的步伐，研究人員需要具備快速制備光刻樣機(jī)并測(cè)試超材料的設(shè)計(jì)的能力，企業(yè)需要擁有快速制備大尺寸材料的工藝。
Nemirosk 通過(guò)調(diào)整現(xiàn)有技術(shù)中的陰影投射光刻技術(shù)，研發(fā)出了一種更快、更通用的超材料制備方法——利用一個(gè)簡(jiǎn)單的模板( 通常由致密的納米球制成) 來(lái)阻礙物理氣相沉積( PVD) 腔室中的原子沉積，他認(rèn)為，在沉積過(guò)程中多次改變?cè)釉吹奈恢每梢詣?chuàng)建更復(fù)雜的圖案。
這種新的方法被稱(chēng)為陰影納米球光刻技術(shù)。研究人員先向水中滴入直徑為1 μm 的聚苯乙烯微球，利用靜電作用使其團(tuán)聚，然后將團(tuán)聚的微球置于硅片的表面并干燥。如有需要，可對(duì)硅片上的微球進(jìn)行蝕刻以獲得更小尺寸的聚苯乙烯微球。接下來(lái)，研究人員將硅片放入PVD 腔室中， 對(duì)所選擇的材料進(jìn)行沉積。在原子沉積到硅片表面的過(guò)程中，聚苯乙烯微球阻礙了部分原子的沉積路徑。為獲得特定的'納米尺度結(jié)構(gòu)，可以通過(guò)改變沉積源角度的方法，從一個(gè)陰影圖案開(kāi)始，重復(fù)沉積不同的圖案。利用該技術(shù)，哈佛大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)利用銅、鈦和其他金屬制備了一系列圖案化超材料。這些樣板材料的曲率半徑低至10 nm。
Nemiroski認(rèn)為半導(dǎo)體材料和電解質(zhì)材料均可用來(lái)制備該類(lèi)超材料。Nemiroski 開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)了控制沉積過(guò)程的軟件，它不僅能夠自動(dòng)生成沉積源的移動(dòng)序列，并根據(jù)所要求的圖案限定微球的尺寸，還能夠預(yù)測(cè)最終所得材料的光學(xué)性質(zhì)。
伊利諾伊大學(xué)香檳分校從事利用新型光刻技術(shù)制備超材料研究的材料學(xué)家Paul V. Braun 表示：“ 我從來(lái)沒(méi)有想到， 可以利用這些自組裝膠體來(lái)創(chuàng)建復(fù)雜的結(jié)構(gòu)�！睋�(jù)他介紹，超材料所檢測(cè)到的光學(xué)性能與哈佛大學(xué)軟件預(yù)測(cè)的一致，表明該制備方法切實(shí)可行。
此外，Braun 還指出聚苯乙烯微球具有一定的缺陷，它們不能完美地堆積，導(dǎo)致最終所得材料也存在缺陷。Nemiroski 表示哈佛大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)目前正在研究這一問(wèn)題。
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