CN102939564A - 聚合物驻极体薄膜的拓扑和电纳米构造方法和所获得的聚合物驻极体薄膜 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种聚合物驻极体薄膜（6）的纳米构造方法，称为“电纳米印刷”方法，其中，模具（2）的表面（4），即构造表面被设置成与聚合物驻极体薄膜（6）的自由表面，即被处理表面（5）的至少一部分接触，通过使构造表面（4）在聚合物驻极体薄膜（6）的表面（5）施加压力，在所述聚合物驻极体薄膜（6）中形成与模具的构造图案相反对应的纳米图案，在一段预先确定的时间段T2期间，在所述构造表面（4）和膜（6）的后表面（7）之间施加电压，所述时间段适于在取消所施加的电压之后在聚合物驻极体薄膜中形成的纳米图案的顶部和底部之间感应出静电荷差异分布。

Description

聚合物驻极体薄膜的拓扑和电纳米构造方法和所获得的聚合物驻极体薄膜

技术领域

本发明涉及聚合物驻极体薄膜的构造方法以及由该方法获得的聚合物驻极体薄膜。

更具体地，本发明涉及聚合物驻极体薄膜的拓扑和电纳米构造方法以及由该方法获得的聚合物驻极体薄膜。根据本发明的方法可以被称为“电纳米印刷”方法。

背景技术

在本文中“拓扑”涉及表面的浮凸部。

在本文中“聚合物驻极体”指的是在撤去电场之后的至少一段确定的时间内，例如几小时至几个月，能够保持由所述电场感应的电极性的所有聚合物材料。

在本文中，“纳米图案”指的是至少一个尺寸在1至1000nm的所有凹陷或浮凸拓扑图案。

在本文中，“模具”指的是能够在材料中形成拓扑图案（凹陷或浮凸）的所有模子（matrice）或所有工具。

已知的纳米平版印刷技术能够在聚合物材料的薄膜中形成凹陷图案。特别是，US2004/0036201描述了一种通过纳米印刷的平版印刷技术，其中借助静电力将具有浮凸图案的模具施加在被布置在基体上的聚合物材料薄层上，以便将模具的阴图案转印到聚合物材料层中。所获得的产品不具有特定的静电荷空间分布。

还已知一种电“微接触印刷”缓冲技术，涉及使软材料的缓冲件和包括浮凸图案的导体与驻极体材料的平表面接触，其中驻极体材料不发生塑性形变，在缓冲件和其上布置有驻极体材料的基体之间施加电势差，以便在驻极体材料的表面上形成不同的正电荷区域或负电荷区域。所获得的产品不包括具有顶部和底部的纳米拓扑图案。

因此，没有任何已知技术同时描述聚合物驻极体薄膜的拓扑和电纳米构造方法。

然而，本发明的发明人已经出人意料地确定可以获得同时包括凹陷纳米图案和具有特定静电荷分布的聚合物驻极体薄膜。

发明内容

本发明在于提供一种聚合物驻极体薄膜的构造方法，所述方法能够同时拓扑并且电构造所述膜。根据本发明的方法可有多种应用，例如微观电子/纳米电子领域，尤其用于通过将纳米物体静电捕获于形成在聚合物驻极体膜中的凹陷纳米图案中从而将纳米物体整体化在功能装置中。

本发明还在于提供一种聚合物驻极体薄膜的构造方法，能够借助唯一且同一模具同时拓扑并且电构造所述膜。

本发明提供的方法能够简单快速互不干扰的实施，并且能够适应工业开发的限制。

为此，本发明涉及一种聚合物驻极体薄膜的构造方法，所述聚合物驻极体薄膜具有自由表面和相反的表面，所述自由表面即被处理表面，所述相反的表面即后表面，其中：

-在第一步骤中，使模具的表面，即构造表面与所述聚合物驻极体薄膜的被处理平表面的至少一部分接触，所述构造表面包括浮凸纳米图案，即构造图案，并且由导体或半导体材料形成，

-在第二步骤中，通过在T₁时间段期间使构造表面在所述聚合物驻极体薄膜的所述被处理表面上施加压力，在所述聚合物驻极体薄膜中形成纳米图案，所形成的所述纳米图案具有顶部和底部，

其特征在于：

-在第三步骤中，在聚合物驻极体薄膜中形成所述纳米图案之后一段时间段T₂期间，在模具的所述构造表面和所述聚合物驻极体薄膜的所述后表面之间施加电压，所述时间段适于在所形成图案的顶部和底部之间感应出静电荷差异分布，并且

-在第四步骤中，停止施加电压并且将模具从所述聚合物驻极体薄膜的表面上撤去。

在根据本发明的方法中，唯一且同一模具能够在若干平方厘米的表面上通过形成具有顶部和底部的纳米拓扑图案从而实施聚合物驻极体薄膜的拓扑纳米构造以及电纳米构造，所形成的纳米图案的顶部和底部之间具有静电荷的不同分布。在第四步骤结束时，取消所施加的电压之后，观察到获得包括非贯穿的纳米拓扑图案的聚合物驻极体薄膜，所述纳米拓扑图案具有顶部和底部，并且所形成的图案的顶部和底部之间具有静电荷差异（正和负）。实际上，由此形成的纳米图案在图案的顶部和底部之间具有静电荷差异使得图案底部测量到的表面电势高于（绝对值）图案顶部测量到的表面电势。这种现象相对有些出乎意料，因为强加在模具构造表面上的电势在整个模具构造表面上都是相同的，从经验上说没有理由在聚合物驻极体薄膜中形成的图案具有这样的静电荷差异。这种现象的一个可能解释是由于在所形成的图案的底部中聚合物驻极体薄膜的厚度比顶部小，从而在所形成的图案的底部中的局部电场比顶部大，因此电荷优选喷射在图案的底部。

有利地，根据本发明的方法的步骤可以随后通过多次使用同一模具从而重复构造多个聚合物驻极体薄膜。使用在大表面上具有纳米图案的模具还能够通过相同的方法在若干平米厘米的表面上构造聚合物驻极体膜。

根据本发明有利地，聚合物驻极体薄膜被布置在基体上。基体可以由能够支撑聚合物驻极体薄膜的任何材料形成。根据本发明有利地，基体由导体或半导体材料形成。基体可以例如为硅。

对于构成聚合物驻极体薄膜的材料，可以选择能够成型的任何聚合物驻极体材料。根据本发明有利地，所述聚合物驻极体薄膜由选自热塑性聚合物和热固性聚合物材料的驻极体材料形成。

因而，根据本发明有利地，在第一变型中，构成聚合物驻极体薄膜的材料在热塑性聚合物材料中选择。根据本发明有利地，构成聚合物驻极体薄膜的所述材料选自：聚丙烯酸，尤其是聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）、聚丙烯（PP）、聚苯乙烯（PS）、聚氯乙烯（PVC）、聚乙烯醇（PVA）、聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）、含氟聚合物（例如聚四氟乙烯（PTFE））以及它们的共聚物。

根据本发明有利地，聚合物驻极体薄膜由热塑性聚合物材料形成，并且在第二步骤中，在膜已经处于高于所述热塑性聚合物材料的玻璃态转变温度（Tg）的温度之后，使模具的构造表面在所述聚合物驻极体薄膜的被处理表面上施加压力。有利地，元件的组合被置于高于热塑性聚合物材料的玻璃态转变温度的温度，所述元件的组合即模具、聚合物驻极体薄膜以及必要时还有基体。

在根据本发明的其它实施变型中，构成聚合物驻极体的材料通过可聚合的单体或预聚体获得。这些单体或预聚体可以例如在热固性聚合物驻极体的单体或预聚体或者热塑性聚合物的单体或预聚体中选择。在第一步骤中，使模具的构造表面与可以为液体形式的单体或预聚体接触。在第二步骤中，在模具的构造表面在聚合物驻极体膜的被处理表面上施加压力期间，在热量或其它任何能够使聚合发生的能量源的作用下，单体或预聚体聚合，所述能量源例如是紫外光源（UV）。

由构造表面施加在聚合物驻极体薄膜的被处理表面上的压力以及施加压力的时间段T₁适应于形成膜的聚合物材料。可以通过本领域技术人员已知的与在根据本发明的方法中施加的压力相适应的任何压力施加装置来施加压力。根据本发明有利地，在第二步骤中由所述构造表面施加在所述聚合物驻极体薄膜的被处理表面上的压力为5N至5000N，尤其为500N至2000N。根据本发明有利地，在一段预先确定的时间段T₁期间模具的构造表面向聚合物驻极体薄膜的被处理表面上施加压力，所述预先确定的时间段为1秒至2小时。

所述聚合物驻极体薄膜的厚度取决于其所涉及的应用。根据本发明有利地，聚合物驻极体薄膜的厚度小于5mm，尤其小于1mm，特别是小于500nm，并且尤其特别是小于150nm。

在根据本发明的方法中使用的模具可以由能够与能够在聚合物驻极体薄膜中形成纳米图案的施加压力相适应的任何材料形成。特别是，模具必须由比形成聚合物驻极体薄膜的材料更硬的材料形成。另外，根据本发明有利地，模具具有由导体或半导体材料形成的构造表面。特别是，根据本发明有利地，模具由导体或半导体材料形成，尤其由在硅、N型掺杂硅、P型掺杂硅及其混合物中选择的材料形成，所述N型掺杂硅例如磷掺杂硅，所述P型掺杂硅例如硼掺杂硅。在另外的实施变型中，模具由非导体或弱导体材料形成，仅是模具的构造表面由导体、半导体或者比形成模具的材料导电性更好的导体材料形成。金属薄层可以例如通过真空下沉积或任何其它已知方法布置在模具的构造表面上。

构造图案可以具有任何形状和尺寸。构造图案由凸出部或凹部形成。模具的构造图案可以均匀或不均匀地分布在构造表面上。构造图案的高度在每个图案的底部和底部之间尺寸最大。构造图案的侧向尺寸对应于图案的底部或顶部的宽度。根据本发明有利地，模具的构造图案的高度小于聚合物驻极体薄膜的厚度，使得在聚合物驻极体薄膜中形成的图案是非贯穿的并且没有到达聚合物驻极体薄膜的后表面或者必要时基体的表面。根据本发明有利地，所述模具的构造图案的高度为10nm至990nm，尤其为50nm至300nm，侧向尺寸为5nm至500μm，尤其是10nm至50μm，特别是3μm至10μm。

根据本发明有利地，在第三步骤中，在时间段T₂期间在构造表面和聚合物驻极体薄膜的后表面之间施加相同极性的非零电压。所述电压可以通过适于在构造表面和聚合物驻极体薄膜的后表面之间产生适当数值的电压的任何装置施加。为了施加所述电压，只需例如将形成所述构造表面的模具的导电部分以及其上布置聚合物驻极体薄膜的基体连接到电压源和/或电流源就可以了。在根据本发明的方法的第一实施变型中，通过将电压源的第一端子与模具的所述构造表面电连接并且将所述电压源的第二端子与所述基体电连接，从而在构造表面和聚合物驻极体薄膜的后表面之间施加所述电压。在这种情况下，在构造表面和聚合物驻极体薄膜的后表面之间施加电压，可以测量相关电流并且由此推断出与聚合物驻极体薄膜对应的内电阻。在第二变型中，通过将电流源的第一端子与模具的所述构造表面电连接并且将所述电流源的第二端子与所述基体电连接，从而在模具的构造表面和聚合物驻极体薄膜的后表面之间施加所述电压。在这种情况下，选择流过电流的电流值，使得在模具的构造表面和聚合物驻极体薄膜的后表面之间施加需要的电压，所述电流值取决于与聚合物驻极体薄膜对应的内电阻。还可以将这两种实施变型组合起来。

在第三步骤中施加的电压可以是直流的或者相同极性的脉冲形式。在根据本发明的方法的第三步骤中施加的电压可以是对应于能够由任何电源施加的电压值的任何非零值，尤其适应构成聚合物驻极体薄膜的材料，尤其是其击穿电压和厚度。

根据本发明有利地，在第三步骤中，在模具的构造表面和聚合物驻极体薄膜的后表面之间施加的非零电压为-200V至+200V，尤其为-100V至+100V，特别是-50V至+50V，尤其特别是绝对值大约为25V。根据本发明有利地，在第一变型中，选择适于产生所述电压的电压源。在第二变型中，选择电流源使其产生能够形成所述电压的电流（根据与聚合物驻极体薄膜对应的内电阻值），所述电流值尤其为1mA至500mA，特别是大约50mA。

在第三步骤中，在适于在所形成图案的顶部和底部之间形成静电荷差异的一段预先确定的时间段期间施加电压。电压可以从任何时刻开始施加，例如第一步骤期间或者第二步骤期间。换句话说，在第二步骤结束并且在由构造表面在聚合驻极体膜的被处理表面上施加压力结束之前，都可以开始在构造表面和聚合物驻极体膜的后表面之间施加电压。可以在大于或等于T₂的一段总时间段期间施加电压，如果在根据本发明的方法的第二步骤结束之前开始在构造表面和膜后表面之间施加电压，则总时间段大于T₂。

根据本发明有利地，在第三步骤中，在聚合物驻极体薄膜中形成所述纳米图案之后，在一段1秒至1小时的时间段T₂期间施加所述电压。通常可以观察到施加电压几分钟（T₂）就足够了；例如对于厚度130nm的聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）薄膜，三分钟就足够了。

根据本发明有利地，在取消所施加的电压之后，在聚合物驻极体薄膜中形成的纳米图案在图案的顶部和底部之间具有非零的电势差，所述电势差为-5V至+5V，尤其为-2V至+2V。

根据本发明有利地，使在第四步骤结束时获得的所述聚合物驻极体薄膜与微观物体或纳米物体接触。根据本发明有利地，可以使用任何性质和形状的微观物体或纳米物体。微观物体或纳米物体可以是微观颗粒、纳米颗粒、生物物体（例如细菌、病毒或蛋白质）或者任何其它类型的微观系统或纳米系统。微观物体或纳米物体可以悬浮在任何类型的流体、气体或液体中，还或者为粉末形式。微观颗粒或纳米颗粒的形式可以例如为管、线、杆、立方体、海胆体（oursin）或球体。

根据本发明有利地，所述微观物体和/或纳米物体带有电荷或可以电极化（偶极子）。

根据本发明有利地，将在第四步骤结束时获得的所述聚合物驻极体薄膜浸入纳米颗粒的胶体溶液中。

本发明涉及由根据本发明的方法获得的聚合物驻极体材料的薄膜，其特征在于，其包括非贯穿的纳米图案，所述纳米图案具有顶部和底部，并且在图案的顶部和底部之间具有静电荷差异分布。在根据本发明的方法结束时，分离的薄膜的被处理表面被拓扑和电构造。

在与微观物体和/或纳米物体接触之后，通过根据本发明的方法获得的薄膜具有微观物体和/或纳米物体在所形成的纳米图案的顶部和底部之间的差异分布。根据本发明有利地，通过根据本发明的方法获得的所述薄膜的特征在于，所述微观物体和/或纳米物体，尤其是纳米颗粒被以基本上唯一选择的方式布置在所形成的所述纳米图案的底部中。

根据本发明有利地，微观物体和/纳米物体被静电捕获在所形成的所述纳米图案中。

所述微观物体和/或纳米物体，特别是所述纳米颗粒，可以被布置在所形成的纳米图案的底部中，以便构成一个或多个连续或不连续的层。

本发明还涉及特征在于上面或下面提到的全部或部分特征的组合的聚合物驻极体薄膜的纳米构造方法以及聚合物驻极体材料的薄膜。

附图说明

通过阅读以下参考附图对示例的说明能够更清楚地了解本发明的其它目的、优点和特征，所附附图其中：

-图1a是示出根据本发明的方法的第一步骤的示意图，

-图1b是示出根据本发明的方法的第二步骤的示意图，

-图1c是示出根据本发明的方法的第三步骤的示意图，

-图1d是示出根据本发明的方法的第四步骤的示意图，

-图2示出通过原子力显微镜（AFM）获得的在根据本发明的方法中使用的带有浮凸图案的模具的构造表面的一部分的三维拓扑图像，

-图3示出通过原子力显微镜（AFM）获得的在根据本发明的方法中使用的带有浮凸图案的模具的构造表面的与图2中所示同一部分的拓扑图像，

-图4是示出在根据本发明的方法中使用的带有浮凸图案的模具的构造表面沿对应于图3的图像上标出的虚线的拓扑轮廓的图线，

-图5示出通过原子力显微镜（AFM）获得的根据本发明的方法获得的聚合物驻极体薄膜的被构造表面的一部分的拓扑图像，

-图6是示出通过根据本发明的方法获得的聚合物驻极体薄膜的被构造表面沿对应于图5的图像上标出的虚线的拓扑轮廓的图线，

-图7示出通过开尔文力显微镜（KFM）获得的根据本发明的方法获得的聚合物驻极体薄膜的被构造表面的与图5所示同一部分的表面电势图像，

-图8是示出通过根据本发明的方法获得的聚合物驻极体薄膜的被构造表面的一部分沿对应于图7的图像上标出的虚线的表面电势轮廓的图线，

-图9示出通过原子力显微镜（AFM）获得的根据本发明的方法获得的聚合物驻极体薄膜的被构造表面的一部分的拓扑图像，

-图10是示出由根据本发明的方法获得的聚合物驻极体薄膜的被构造表面沿对应于图9的图像上标出的虚线的拓扑轮廓的图线，

-图11示出通过开尔文力显微镜（KFM）获得的根据本发明的方法获得的聚合物驻极体薄膜的被构造表面的与图9所示同一部分的表面电势图像，

-图12是通过根据本发明的方法获得的聚合物驻极体薄膜的被构造表面的一部分沿对应于图11的图像上标出的虚线的表面电势轮廓的图线，

-图13示出在与纳米颗粒接触之后通过原子力显微镜（AFM）获得的根据本发明的方法获得的聚合物驻极体薄膜的被构造表面的一部分的拓扑图像，

-图14示出在与纳米颗粒接触之后通过原子力显微镜（AFM）获得的根据本发明的方法获得的聚合物驻极体薄膜的被构造表面的与图13所示同一部分的拓扑图像。

具体实施方式

在图1a至1d中，不按照实际比例并且仅是为了说明的目的。在示出拓扑图像的图3、5、9、13和14中，颜色最深的区域对应于最低的区域，最明亮的区域对应于最高的区域，所示拓扑幅度已经在对应灰色水平的比例尺上标示出来。在图7和11中，关于表面电势，颜色最深的区域对应于具有最小表面电势的区域，最明亮的区域对应于具有最高表面电势的区域，所示的表面电势幅度在对应灰色水平的比例尺上标示出来。

包括框架20的机器19用于实施根据本发明的方法。机器19包括活塞12在其中滑动的固定件10，所述活塞12延续有平台13。调整装置11能够调整由模具2施加在自由表面上的压力P，所述自由表面是聚合物驻极体薄膜6的被处理表面5。基体8（其上布置有聚合物驻极体薄膜6）尤其通过吸引被固定在活塞12的平台13上。固定件10是支撑元件9的延伸。平台13适于能够在聚合物驻极体薄膜6的基体8上施加压力，以便在聚合物驻极体薄膜6的被处理表面5上施加来自模具的压力。

模具2具有包括浮凸纳米图案3的表面，所述表面是构造表面4，所述图案是由凸出部形成的构造图案。构造表面4由导体或半导体材料形成。模具2可以通过根据湿法刻蚀步骤的光刻法制成。模具2可以由导体或半导体材料形成，尤其在硅、N型掺杂硅（例如磷掺杂硅）、P型掺杂硅（例如硼掺杂硅）及其混合物中选择。在实施方式的另一个变型中，模具2可以由透明材料形成，尤其是对紫外线透明的材料，能够使用紫外光源用于单体或预聚体的聚合，以便形成聚合物驻极体薄膜6。

模具2被布置在支撑元件9的底部1上，模具2的构造表面4被布置在活塞的平台13的一侧。基体8被固定在与模具2相对布置的平台13的表面上，以使得自由表面，即布置在基体8上的薄膜6的被处理表面5布置成与模具的构造表面4相对。薄膜6的相反表面，即薄膜的后表面7与基体8接触。

在第一步骤中，如图1a中所示，使构造表面4与布置在基体8上的导体或半导体材质的聚合物驻极体薄膜6的被处理平表面5的至少一部分接触。

模具2的构造表面4的构造图案具有平表面。特别是，构造图案的顶部和底部具有平表面，形成顶部的平表面中的每个和形成构造图案的底部的平表面中的每个分别位于同一平面中。此外，形成构造图案的底部的表面优选与形成图案顶部的表面平行。根据本发明，构造图案还可以采取具有任意形状的底部和顶部。另一方面，构造图案的顶部和底部之间的侧向空间可以是规则的或不规则的。构造图案的顶部和底部之间的侧向空间有利地适于在聚合物驻极体薄膜中形成的凹陷图案的顶部和底部之间获得静电荷差异。

本发明还适用在构造图案是在模具中凹陷延伸的凹部的情况。

在第二步骤中，如图1b所示，在适于在聚合物驻极体薄膜6中形成凹陷纳米图案的条件下，由构造表面4在所述聚合物驻极体薄膜6的被处理表面上施加压力。借助于用于调整由平台13施加的压力的调整装置11调整所施加的压力。布置设有加热装置和温度调整装置15的壳体14，例如炉子14，使得模具2、基体8和热塑性聚合物薄膜6处于高于形成聚合物驻极体薄膜的热塑性聚合物材料的玻璃态转变温度的温度。有利地，炉子14被布置在片材16上，所述片材16借助于固定件17固定在机器19的框架20上。

然后撤去炉子14以使得基体8、聚合物驻极体薄膜6和模具2达到低于形成薄膜6的聚合物材料的玻璃态转变温度的温度。在热塑性聚合物的情况下一旦聚合物驻极体膜的温度小于玻璃态转变温度就形成纳米图案，在热固性聚合物的情况下一旦实现单体的聚合就形成纳米图案。在第二步骤结束时，撤去模具纳米图案也能够保持形状。

在第三步骤中，如图1c所示，在聚合物驻极体薄膜6中形成凹陷纳米图案之后一段预先确定的时间段T₂期间，在所述构造表面4和膜6的所述后表面之间（即在构造表面和基体之间）在所示图示处施加正电压，以便在图案的顶部和底部之间感应出静电荷差异。模具2由与形成模具的构造表面4的材料相同的导体或半导体材料形成。在模具2和基体8中形成电触头并且连接到电压电源18。模具的全部构造表面通过电压进行电极化，模具的构造表面的电势与聚合物驻极体薄膜6的被处理表面5的电势不同。

在第四步骤中，如图1d中所示，停止施加电压并且从聚合物驻极体薄膜6的表面上撤去模具2。在这种情况下可以看到，在施加正电压之后，在聚合物驻极体薄膜中形成的纳米图案的底部相对图案的顶部具有相当多的正电荷。

示例1：制备聚合物驻极体薄膜，其包括非贯穿并且具有正电荷的凹陷 纳米图案

通过光刻法和湿法刻蚀制造模具，所述模具由边长5mm且厚度275μm的P型掺杂硅片材（10¹⁸原子/cm³）构成，包括边长5μm并且高度100nm的方块形式的图案网格。在每个图案网格中，图案通过5μm的侧向间距隔开。图2是示出通过原子力显微镜（AFM）获得的包括浮凸构造图案的模具的表面的一部分的三维透视拓扑图像。图3示出通过原子力显微镜（AFM）获得的具有浮凸图案的同一模具的从模具一侧看的拓扑图像，图4是沿图3中所示区段示出模具的构造表面的拓扑轮廓的图线。

通过在甲基异丁基酮（MIBK）中稀释粉末形式的PMMA颗粒准备浓度大约为40g/L聚甲基丙烯酸甲酯溶液（PMMA），所述PMMA颗粒例如是SIGMA ALDRICH（Saint-Louis，USA）公司的产品，分子量大约为15000g/mole并且玻璃态转变温度为100℃。通过借助转盘（在30秒中加速度：5000转/分钟²，速度：2000转/分）进行旋转涂抹将准备好的PMMA溶液布置在边长1cm且厚度500μm的P型掺杂硅（10¹⁶原子/cm³）基体上。然后将硅片材置于加热板上以便使布置好的PMMA膜上仍然存在的MIBK溶剂蒸发。获得的布置在硅基体上的PMMA薄膜厚度为130nm。

模具被布置成与硅基体所支撑的PMMA膜相对并且在炉子中一起被加热到大于PMMA的玻璃态转变温度的温度，如130℃。在30分钟期间在PMMA膜的被处理表面上施加1000N的模具的机械压力，然后一起被冷却至达到50℃。然后在模具的构造表面和膜的后表面之间施加3分钟时间的+20V电压，基体接地。在施加该电压期间测量到50mA的相关电流。然后撤去模具。

获得包括深度为100nm的非贯穿的凹陷纳米图案的PMMA薄膜，所述薄膜在所形成的凹陷图案的顶部和底部之间具有静电荷差异。在图5和6中示出获得的PMMA薄膜的被构造表面的拓扑图像，图6示出被构造表面沿对应于图5的图像上标出的虚线的拓扑轮廓（所述虚线方向为横坐标和所述深度方向为纵坐标）。在图6中，纵坐标比例尺的零刻度基本上与图案的顶部水平重合。在PMMA膜中形成的凹陷纳米图案与所使用模具的构造图案相反对应。在PMMA膜中形成的凹陷纳米图案具有相对于图案顶部大约为+1800mV的表面电势。获得的PMMA薄膜的被构造表面的表面电势在图7和8中示出，图8示出被构造表面沿对应于图7的图像上标出的虚线的表面电势轮廓（所述虚线方向为横坐标且电势为纵坐标）。在图8中，纵坐标比例尺的零刻度基本上与图案的顶部水平重合。

此外，尤其在24小时结束以及3个月结束时在该膜上用开尔文力显微镜（KFM）实施同样的测量，膜保持处于21℃和大气压力（1013，25hPa）下，空气的相对湿度大约为40%。在24小时结束时观察到纳米图案的表面电势减少大约50%，随后，表面电势保持稳定，3个月后测量到的表面电势基本上等于24小时结束时测量到的表面电势。

示例2：制备聚合物驻极体薄膜，其包括非贯穿并且具有负电荷的凹陷 纳米图案

与示例1中的方法相同，使用相同的模具并且以相同的方法将PMMA薄膜布置在硅基体上，但是施加-50V的电压（而不是+20V）。在施加该电压期间测量到50mA的相关电流。

在撤去模具之后，获得包括深度为100nm的非贯穿的凹陷纳米图案的PMMA薄膜，所述薄膜在所形成的凹陷图案的顶部和底部之间具有静电荷差异。在图9和10中示出获得的PMMA薄膜的被构造表面的拓扑图像，图10示出被构造表面沿对应于图9的图像上标出的虚线的拓扑轮廓（所述虚线方向为横坐标和所述深度方向为纵坐标）。在图10中，纵坐标比例尺的零刻度基本上与图案的顶部水平重合。在PMMA膜中形成的凹陷纳米图案与所使用模具的构造图案相反对应。在PMMA膜中形成的凹陷纳米图案具有相对于图案顶部大约为-450mV的表面电势。获得的PMMA薄膜的被构造表面的表面电势在图11和12中示出，图12示出被构造表面沿对应于图11的图像上标出的虚线的表面电势轮廓（所述虚线方向为横坐标且电势为纵坐标）。在图12中，纵坐标比例尺的零刻度基本上与图案的顶部水平重合。

尤其在24小时结束以及3个月结束时在同一膜上再次用开尔文力显微镜（KFM）实施测量，膜保持处于21℃和大气压力（1013，25hPa）下，空气的相对湿度大约为40%。在24小时结束时观察到纳米图案的表面电势（绝对值）减少大约50%，随后，表面电势保持稳定，3个月后测量到的表面电势基本上等于24小时结束时测量到的表面电势。

示例3：制备在凹陷纳米图案中掺杂有被捕获的纳米颗粒的聚合物驻极 体薄膜

将示例1中准备好的膜浸入胶乳纳米颗粒（18×10¹⁰纳米颗粒/mL）在异丙醇中的胶体溶液中。所使用的球形的胶乳纳米颗粒尺寸为100nm并且通过负电荷羧基官能团起作用。在浸入该胶体溶液中一分钟之后，在异丙醇中漂洗30秒，将获得的膜在氮气流中干燥。

通过原子力显微镜（AFM）观察获得的膜的表面（图13和14）显示出胶乳纳米颗粒选择性地汇集在PMMA薄层中形成的凹陷图案中心，在凹陷图案中形成胶乳纳米颗粒层。图14对应于在图13中示出的膜表面的中央部分的变焦。因此获得包括胶乳纳米颗粒被静电捕获在其中的非贯穿的凹陷纳米图案的PMMA薄膜。形成图案高处的PMMA薄膜表面基本上不包括纳米颗粒。

此外，本发明的目的可以在于相对于以上描述的实施例和示例的各种变型和多种其它应用。例如可以通过具有形状为宽度200nm、高度100nm并且长度2μm的线图案的模具来实施凹槽形状的图案。

Claims (17)

1.一种聚合物驻极体薄膜（6）的构造方法，所述聚合物驻极体薄膜具有自由表面和相反的表面，所述自由表面即被处理表面（5），所述相反的表面即后表面（7），其中：

-在第一步骤中，使模具（2）的表面、即构造表面（4）与所述聚合物驻极体薄膜（6）的被处理平表面（5）的至少一部分接触，所述构造表面包括浮凸纳米图案、即构造图案，并且由导体或半导体材料形成，

-在第二步骤中，通过在T₁时间段期间使构造表面（4）在所述聚合物驻极体薄膜（6）的所述被处理表面（5）上施加压力，在所述聚合物驻极体薄膜（6）中形成纳米图案，所形成的所述纳米图案具有顶部和底部，

其特征在于：

-在第三步骤中，在聚合物驻极体薄膜（6）中形成所述纳米图案之后一段时间段T₂期间，在模具的所述构造表面（4）和所述聚合物驻极体薄膜（6）的所述后表面（7）之间施加电压，所述时间段适于在所形成图案的顶部和底部之间感应出静电荷差异分布，并且

-在第四步骤中，停止施加电压并且将模具（2）从所述聚合物驻极体薄膜（6）的表面上撤去。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述聚合物驻极体薄膜（6）被布置在基体（8）上。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述基体（8）由导体或半导体材料形成。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，所述聚合物驻极体薄膜（6）由选自热塑性聚合物材料和热固性聚合物材料的材料形成。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于：

-所述聚合物驻极体薄膜（6）由热塑性聚合物材料形成，

-在第二步骤中，在膜（6）已经处于高于所述热塑性聚合物材料的玻璃态转变温度的温度之后，使构造表面（4）在所述聚合物驻极体薄膜（6）的被处理表面（5）上施加压力。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其特征在于，在第二步骤中由模具的所述构造表面（4）施加在所述聚合物驻极体薄膜（6）的被处理表面（5）上的压力为5N至5000N，尤其为500N至2000N。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其特征在于，所述聚合物驻极体薄膜（6）的厚度小于5mm，尤其小于1mm，特别是小于500nm，并且尤其特别是小于150nm。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的方法，其特征在于，所述模具（2）由在导体材料和半导体材料中选择的材料形成。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的方法，其特征在于，所述模具（2）可以由在硅、N型掺杂硅、P型掺杂硅及其混合物中选择的材料形成，所述N型掺杂硅例如为磷掺杂硅，所述P型掺杂硅例如为硼掺杂硅。

10.根据权利要求1至9中任一项所述的方法，其特征在于，所述模具的构造图案的高度为10nm至990nm，尤其为50nm至300nm，至少一个侧向尺寸为5nm至500μm，尤其是10nm至50μm，特别是3μm至10μm。

11.根据权利要求1至10中任一项所述的方法，其特征在于，在第三步骤中，在模具的构造表面（4）和聚合物驻极体薄膜（6）的后表面（7）之间施加的非零电压为-200V至+200V，尤其为-100V至+100V，特别是-50V至+50V，尤其特别是绝对值大约为25V。

12.根据权利要求1至11中任一项所述的方法，其特征在于，在第三步骤中，在一段预先确定的1秒至1小时的时间段T₂期间施加所述电压。

13.根据权利要求1至12中任一项所述的方法，其特征在于，使在第四步骤结束时获得的所述聚合物驻极体薄膜（6）与微观物体和/或纳米物体接触。

14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，所述微观物体和/或纳米物体带有电荷或可以电极化。

15.根据权利要求1至14中任一项所述的方法，其特征在于，将在第四步骤结束时获得的所述聚合物驻极体薄膜（6）浸入纳米颗粒的胶体溶液中。

16.由根据权利要求1至15中任一项所述的方法获得的聚合物驻极体材料的薄膜，其特征在于，其包括非贯穿的纳米图案，所述纳米图案具有顶部和底部，并且在图案的顶部和底部之间具有静电荷差异分布。

17.根据权利要求16所述的薄膜，其特征在于，所述微观物体和/或纳米物体，尤其是纳米颗粒被主要布置在，尤其是唯一选择地布置在所形成的所述纳米图案的底部中。

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