使用自組裝的聚合物納米掩模的表面納米制造方法
【專利說明】
[0001] 相關申請交叉參考
[0002] 本申請根據35U.S.C. § 120,要求2013年01月24日提交的美國申請系列號 13/748, 840的優先權，本文W該申請為基礎并將其全文通過引用結合于此。 柳的]背景
技術領域
[0004] 本發明總體設及用于掩模表面和形成納米尺度=維結構的材料和方法，具體來 說，設及用于形成納米掩模和維度改變的表面的嵌段共聚物與均聚物的組合。還掲示了制 造和使用相關器件的方法。
【背景技術】 陽〇化]低成本地把納米紋理化粧或孔圖案加工到表面上對于許多應用都是商業上理想 的，包含與現代觸摸屏相關的防眩光、防污去潤濕性質，W及與光伏玻璃基材相關的減反射 和散射光學性質。之前，在大面積上制備具有市場競爭力、成本有效的含具體節距和直徑要 求的納米尺度的圖案是個挑戰。
[0006] 概述
[0007] 本發明的實施方式設及具有低制造成本的表面納米制造技術。一些實施方式包含 把嵌段共聚物和均聚物混合物作為薄膜沉積到基材上，進一步加工薄膜來形成納米孔，可 將材料沉積進入該納米孔來制備紋理化基材表面，該紋理化基材表面具有在納米尺度的維 度的元件。所設及的過程能放大到大的表面積，可在室溫下進行，且使用適度的聚合物去除 和薄膜沉積工藝，使得能W更低的制造成本來制造大規模的納米紋理化表面。
[0008] 根據一些實施方式，用于制造納米柱化（nanopillared)基材表面的方法可包括 把聚合物溶液施涂到基材的基材表面。所述聚合物溶液可包含具有疏水嵌段和親水嵌段 的兩性嵌段共聚物；與所述兩性嵌段共聚物的親水嵌段化學相容的親水均聚物；和施涂溶 劑。可允許聚合物溶液中的兩性嵌段共聚物和親水均聚物在基材表面上進行自組裝W形成 自組裝的聚合物層。所述自組裝的聚合物層可包含與基材表面相鄰的疏水結構域（domain) W及親水結構域，該親水結構域從與基材表面相對的自組裝的聚合物層的暴露的表面延伸 進入自組裝的聚合物層。所述方法還可包含去除至少一部分的親水結構域，從而在自組裝 的聚合物層的暴露的表面中形成多個孔。然后，可在暴露的表面上沉積保護層，例如金屬層 或介電層。當保護層在暴露的表面上時，可通過多個孔蝕刻自組裝的聚合物層，W形成通 過自組裝的聚合物層到達基材表面的通孔。所述方法還可包含通過通孔把形成納米柱的材 料沉積到基材表面上，然后去除所述自組裝的聚合物層來暴露上面具有多個納米柱的納米 柱化基材表面。
[0009] 在W下的詳細描述中提出了本發明實施方式的其他特征和優點，其中的部分特征 和優點對本領域的技術人員而言，根據所作描述就容易看出，或者通過實施包括W下詳細 描述、權利要求書W及附圖在內的本文所述的本發明而被認識。
[0010] 應理解，前面的一般性描述和W下的詳細描述介紹了各種實施方式，用來提供理 解要求保護的主題的性質和特性的總體評述或框架。包括的附圖提供了對各種實施方式的 進一步的理解，附圖被結合在本說明書中并構成說明書的一部分。附圖W圖示形式說明了 本文所述的各種實施方式，并與說明書一起用來解釋要求保護的主題的原理和操作。
[0011] 附圖簡要說明
[0012] 圖1A示意性地顯示根據本文所述的實施方式的施涂聚合物溶液；
[0013] 圖1B示意性地顯示在基材表面上具有親水和疏水結構域的自組裝的聚合物層；
[0014] 圖1C示意性地顯示自組裝的聚合物層，該聚合物層具有去除親水結構域之后形 成的孔；
[0015] 圖2A是根據本文所述的實施方式制備的且在將親水結構域從自組裝的聚合物層 去除之后的自組裝的聚合物層的暴露的表面的掃描電子顯微圖象；
[0016] 圖2B是在更高放大倍數下的圖2A所示的暴露的表面的掃描電子顯微圖象；
[0017] 圖3A示意性地顯示根據本文所述的實施方式的通過掠射角金屬沉積在自組裝的 聚合物層的暴露的表面上沉積金屬層；
[0018] 圖3B示意性地顯示根據本文所述的實施方式的把通孔蝕刻進入自組裝的聚合物 層；
[0019] 圖3C示意性地顯示在圖3B所示的蝕刻之后具有通孔的自組裝的聚合物層；
[0020] 圖4A示意性地顯示根據本文所述的實施方式的把形成納米柱的材料沉積進入自 組裝的聚合物層中的通孔中；
[0021] 圖4B示意性地顯示根據本文所述的實施方式形成的具有含多個納米柱的納米柱 化表面的基材；
[0022] 圖5A是根據本文所述的實施方式制備的具有納米柱化表面的玻璃基材的掃描電 子顯微圖象；
[0023] 圖5B是在更高放大倍數下的圖5A所示的納米柱化表面的掃描電子顯微圖象；
[0024] 圖6是各種基材在可見光譜中反射率隨入射光變化的圖片，包含根據本文所述的 實施方式制備的具有納米柱化表面的基材；和
[00巧]圖7顯示各種基材的防污特征，包含根據本文所述的實施方式制備的具有納米柱 化表面的基材。
[0026] 詳細描述
[0027] 現在將詳細參考用于制造納米柱化基材表面的方法的實施方式。首先，將參考圖 1A- 5B概括描述用于制造納米柱化基材表面的方法的示例實施方式。然后，將突出與方法 相關的特定特征、實施方法所設及的組件和設備、方法中所實施的步驟和使用該方法所能 獲得的結果，詳細地描述用于制造納米柱化基材表面的方法的各種實施方式。
[0028] 參考圖1A，本文所述的用于制造納米柱化基材表面的方法可包含把聚合物溶液 100施涂到基材10的基材表面15。聚合物溶液100可包含具有疏水嵌段112和親水嵌段 114的兩性嵌段共聚物110 ;與所述兩性嵌段共聚物110的親水嵌段114化學相容的親水均 聚物120 ;和施涂溶劑130。可允許聚合物溶液100中的兩性嵌段共聚物110和親水均聚物 120在基材表面15上進行自組裝W形成自組裝的聚合物層20。兩性嵌段共聚物110和親 水均聚物120的自組裝見圖1B。自組裝的聚合物層20可包含與基材表面15相鄰的疏水 結構域22W及親水結構域24,該親水結構域24從與基材表面15相對的自組裝的聚合物 層20的暴露的表面25延伸進入自組裝的聚合物層。由此，自組裝過程可導致在疏水結構 域22和親水結構域24之間形成過渡區域，該過渡區域由兩性嵌段共聚物110的親水嵌段 114組成。
[0029] 參考圖1B和1C，本文所述的用于制造納米柱化基材表面的方法還可包含去除至 少一部分的親水結構域24,從而在自組裝的聚合物層20的暴露的表面25中形成多個孔 30。在圖2A和2B的沈M顯微圖象中，提供多孔表面結構的示例例如圖1C所表示的一種。
[0030] 參考圖3A，可在暴露的表面25上沉積保護層40例如金屬層或介電層。在圖3A 的示例實施方式中，通過掠射角（grazingangle)沉積來施涂保護層40,其中可在相對于 暴露的表面25的掠射角（glancingangle) 0下施加沉積材料200。參考圖3B和3C，當保 護層40位于暴露的表面25上時，可通過使用蝕刻劑流300的蝕刻來處理自組裝的聚合物 層20,例如，通過多個孔30來形成通孔50,該通孔50通過自組裝的聚合物層20到達基材 表面15。
[0031] 最后參考圖3C，4A，和4B，本文所述的用于制造納米柱化基材表面的方法還可包 含通過通孔50把形成納米柱的材料60沉積到基材表面15上。在圖4A中，顯示從沉積流 400例如蒸氣或液體流沉積之后，形成納米柱的材料60在通孔中累積。一旦沉積形成納米 柱的材料60,可去除自組裝的聚合物層20的其余部分，從而暴露上面具有多個納米柱70 的納米柱化基材表面16。因為多個納米柱70可由形成納米柱的材料60制成，在一些實 施方式中多個納米柱70的組成可與基材10和/或基材表面15的組成相同。例如，當基 材10本身是玻璃時，多個納米柱70可由玻璃制成。根據本文所述的實施方式形成的納米 柱化基材表面16的說明性實施例見圖5A和5B。
[0032] 已經描述了用于制造納米柱化基材表面的方法的一種示例實施方式，現在更詳 細地描述對示例實施方式的各種實施方式和改變。
[0033] 根據一些實施方式，用于制造納米柱化基材表面的方法可包含把聚合物溶液施 涂到基材的基材表面。基材可為具有與如下所述的聚合物溶液化學相容的表面的任意基 材，使得當把聚合物溶液施涂到基材表面時，聚合物溶液的組分自組裝W形成疏水結構 域和親水結構域，其可分開地和獨立地處理或操控來在基材表面上形成表面結構。在一些 實施方式中，基材可選自能用本文所述的方法圖案化的材料，其包括但不限于金屬、金屬 氧化物、聚合物、氧化娃、玻璃陶瓷、陶瓷和玻璃。例如，示例玻璃包括但不限于娃酸鹽玻璃、 棚娃酸鹽玻璃、侶娃酸鹽玻璃、棚侶娃酸鹽玻璃、鋼巧玻璃和大猩猩玻璃（Gorilla?Glass) (通過用鐘離子交換鋼強化的堿金屬侶娃酸鹽玻璃）。在一些實施方式中，基材可包含下 述或由下述組成：玻璃、玻璃陶瓷、金屬或金屬氧化物。在一些實施方式中，基材可包含玻 璃或玻璃表面。在一些實施方式中，基材由玻璃組成。在其他實施方式中，基材可包含金 屬或金屬氧化物。
[0034] 施涂到基材表面的聚合物溶液可包含具有疏水嵌段和親水嵌段的兩性嵌段共聚 物，與所