一種納米壓印鎳印章的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種納米壓印鎳印章的制備方法，先對鋁材進行多步恒壓陽極氧化，生成具有錐形孔洞的陽極氧化鋁膜，然后通過化學鍍使陽極氧化鋁膜具有導電性，最后通過電鑄制備出具有有序圖案的鎳印章。本發(fā)明獲得的鎳印章，納米鎳陣列高度有序，且形狀可調(diào)、長度可調(diào)；利用本發(fā)明方法制備的鎳印章可用于有序陽極氧化鋁膜，生物芯片及納米電子器件等制備。
【專利說明】一種納米壓印鎳印章的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及納米壓印技術(shù)，特別涉及一種納米壓印鎳印章的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著半導體技術(shù)的快速發(fā)展，越來越多的器件發(fā)展到了納米尺度，常規(guī)的半導體光刻技術(shù)由于衍射極限的限制而受到了極大的挑戰(zhàn)，發(fā)展有效的、便捷的納米圖形的制作方式迫在眉睫。聚焦離子束光刻、電子束光刻和X射線光刻等光刻技術(shù)，設(shè)備昂貴且不適合用作制作大面積的圖形；軟壓印技術(shù)在制備大面積圖案時也存在一定的問題，如壓印時模具與基片之間很難完美的粘合，且圖形轉(zhuǎn)移效率很低，如專利200710099102.3。硬壓印技術(shù)因制備過程簡單且價格低廉而被廣泛關(guān)注，如專利201010136265.6，所用硬模板相對于軟模板，具有機械強度高、不易變形和可重復利用等優(yōu)點。硬模板常用電子束光刻來制作，但方法耗時且昂貴，不適合大批量制造，所用的材料常為硅或石英等，脆性大無法多次使用。
[0003]陽極氧化鋁模板具有高度有序的孔道陣列，而且孔徑和孔間距可調(diào)，但是其本身脆性大，利用高度有序陽極氧化鋁模板制備韌性大、硬度高的壓印用硬模板具有非常重要意義。傳統(tǒng)電鑄技術(shù)不僅應(yīng)用于塑料成型的模具制造、復雜零件的電鑄成型等，在微精細加工行業(yè)也發(fā)揮著重要作用。氨基磺酸鹽法制備的電鑄鎳，不存在內(nèi)應(yīng)力且具有高的機械強度和韌性，常用來制造復雜產(chǎn)品和復型零部件的精細表面。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004]為了克服現(xiàn)有技術(shù)的上述缺點與不足，本發(fā)明的目的在于提供一種納米壓印鎳印章的制備方法，獲得的鎳印章納米鎳陣列高度有序，且形狀可調(diào)、長度可調(diào)。
[0005]本發(fā)明的目的通過以下技術(shù)方案實現(xiàn):
[0006]一種納米壓印鎳印章的制備方法，包括以下步驟:
[0007](I)對鋁材進行去油，表面清洗及拋光處理；
[0008](2)在電解液中以鋁材為陽極，惰性材料為陰極，通過電壓源對鋁材進行恒壓陽極氧化，電壓為100~200V，溫度為O~10°C，在鋁材上形成陽極氧化鋁膜；
[0009](3)通過化學腐蝕完全去除陽極氧化鋁膜，獲得具有有序凹坑的鋁材；
[0010](4)在電解液中以步驟(3)處理后鋁材為陽極，惰性材料為陰極，通過電壓源對鋁材進行恒壓陽極氧化，電壓為100~200V，溫度為O~10°C，在鋁材上形成陽極氧化鋁膜；
[0011](5)將步驟(4)得到的陽極氧化鋁膜在質(zhì)量百分比為I~30%磷酸中O~40°C下擴孔5~40分鐘；
[0012](6)通過化學鍍鎳使步驟(5)中獲得的陽極氧化鋁膜導電化，得到導電陽極氧化招;
[0013](7)在步驟(6)中獲得的導電陽極氧化鋁上電鑄鎳；
[0014](8)通過直接剝離法或化學腐蝕法去除陽極氧化鋁和鋁，獲得具有錐形陣列的鎳印章。
[0015]所述的納米壓印鎳印章的制備方法，在進行步驟(5)之后，重復進行步驟(4)~
(5)I~4次,然后進行步驟(6)。
[0016]所述電解液為質(zhì)量百分比為1%~10%的磷酸電解液。
[0017]步驟(3)所述化學腐蝕，具體為:
[0018]在溫度為70°C進行化學腐蝕，所用腐蝕液為由50mL/L的磷酸和30g/L的三氧化鉻組成的混合液。
[0019]步驟(6)所述化學鍍鎳，具體包括:
[0020](6-1)活化:將陽極氧化鋁膜在35~50°C的活化液中放置I~10分鐘；
[0021](6-2)解膠:將活化后的陽極氧化鋁膜清洗，然后在40~55°C的解膠液中浸泡2~10分鐘；
[0022](6-3)化學鍍:將解膠后的陽極氧化鋁膜清洗，然后在80~90°C的化學鍍液中浸泡2~10分鐘；
[0023]步驟(7)所述電鑄鎳，具體為:
[0024]將導電陽極氧化鋁膜作為陽極，鎳塊作為陰極，電鑄電壓在O~-1V保持10~30分鐘，然后在10~120秒內(nèi)，降到-2.2~-2.8V保持I~3小時；
[0025]其中，電鑄液配方為:295~522g/L氨基磺酸鎳，5~30g/L氯化鎳，30~45g/L硼酸。
[0026]所述活化液的配方為:lg/L氯化鈀，72g/L氯化亞錫，7g/L亞錫酸鈉，300mL/L鹽酸。
[0027]所述解膠液的配方為:10%鹽酸；化學鍍液配方為18~21g/L硫酸鎳,20~25g/L次磷酸鈉，12~18g/L乙酸鈉，4~10g/L檸檬酸，4~10g/L 丁二酸。
[0028]步驟(2)得到的陽極氧化鋁膜厚度為10~60微米。
[0029]步驟(4)得到的陽極氧化鋁膜厚度為300納米~5微米。
[0030]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點和有益效果:
[0031](I)本發(fā)明將電鑄鎳工藝與具有高度有序結(jié)構(gòu)的錐形陽極氧化鋁模板相結(jié)合，制備得到具有高度可控性的錐形鎳印章，陣列高度有序，且形狀可調(diào)、長度可調(diào)，通過控制陽極氧化總時間可以控制孔洞的深度，通過控制擴孔時間可以控制孔洞頂部和底部的孔徑。
[0032](2)本發(fā)明涉及的技術(shù)有陽極氧化、化學鍍和電鑄，所用設(shè)備和原料價格低廉。
[0033](3)本發(fā)明制備得到的納米壓印鎳印章可重復多次使用。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0034]圖1為本發(fā)明的實施例1的具有錐形孔洞的陽極氧化鋁膜的表面形貌圖。
[0035]圖2為本發(fā)明的實施例1的具有錐形孔洞的陽極氧化鋁膜的斷面形貌圖。
[0036]圖3為本發(fā)明的實施例1的具有錐形陣列的鎳印章的表面形貌圖。
[0037]圖4為本發(fā)明的實施例1的具有錐形陣列的鎳印章的斷面形貌圖。
[0038]圖5為本發(fā)明的實施例2的具有錐形孔洞的陽極氧化鋁膜的斷面形貌圖。
【具體實施方式】
[0039]下面結(jié)合實施例，對本發(fā)明作進一步地詳細說明，但本發(fā)明的實施方式不限于此。
[0040]實施例1
[0041]鋁材采用常規(guī)方法進行去油，表面清洗，及拋光處理；在5% (質(zhì)量百分比)磷酸電解液中以鋁材為陽極，石墨為陰極，通過電壓源對鋁材進行恒壓陽極氧化，溫度為0°c，電壓為200V，時間為10小時，得到厚度為60微米的陽極氧化鋁膜；在組分為50mL/L的磷酸(H3PO4)和30g/L的三氧化鉻(CrO3)的混合液中，化學腐蝕完全去除陽極氧化鋁膜，溫度為700C ;對去除氧化鋁膜后的鋁材進行恒壓陽極氧化，溫度為0°C，電壓為200V，時間為5分鐘，得到厚度為300納米的陽極氧化鋁膜，并在5% (質(zhì)量百分比)磷酸中30°C下擴孔40分鐘，獲得具有錐形孔洞的陽極氧化鋁膜(如圖1~2所示)；通過化學鍍鎳使獲得的陽極氧化鋁膜導電化，化學鍍鎳步驟為將陽極氧化鋁膜在40°C的活化液中放置5分鐘，然后清洗后在50°C的解膠液中浸泡5分鐘，然后再次清洗后在80°C的化學鍍液中浸泡3分鐘；將鎳塊作為陰極，導電陽極氧化鋁作為陽極，在電鑄液中進行電鑄，電壓在-1V保持30min，然后在30秒內(nèi)，降到-2.8V，并保持3小時；在6mol/L氫氧化鉀溶液中浸泡24h去除陽極氧化鋁和鋁，獲得具有錐形陣列的鎳印章，如圖3~4所示。
[0042]本實施例中，活化液配方為lg/L氯化鈀，72g/L氯化亞錫，7g/L亞錫酸鈉，300mL/L鹽酸；解膠液為10%鹽酸；化學鍍液配方為19.2g/L硫酸鎳，23g/L次磷酸鈉，14.9g/L乙酸鈉，8g/L檸檬酸，8g/L 丁二酸；電鑄液配方為295g/L氨基磺酸鎳，5g/L氯化鎳，30g/L硼酸。
[0043]實施例2
[0044]鋁材采用常規(guī)方法進行去油，表面清洗，及拋光處理；在10% (質(zhì)量百分比)磷酸電解液中對鋁材進行恒壓陽極氧化，溫度為10°C，電壓為150V，時間為6小時，得到厚度為10微米的陽極氧化鋁膜；在組分為50mL/L的磷酸(H3PO4)和30g/L的三氧化鉻(CrO3)的混合液中，化學腐蝕完全去除陽極氧化鋁膜，溫度為70°C ;對去除氧化鋁膜后的鋁材進行恒壓陽極氧化，溫度為10°C，電壓為150V，時間為5分鐘，再在5% (質(zhì)量百分比)磷酸中30°C下擴孔10分鐘；重復陽極氧化、化學腐蝕、擴孔過程4次，獲得厚度約為5微米的具有錐形孔洞的陽極氧化鋁膜；通過化學鍍鎳使獲得的陽極氧化鋁膜導電化，化學鍍鎳步驟為將陽極氧化鋁膜在40°C的活化液中放置5分鐘，然后清洗后在50°C的解膠液中浸泡5分鐘，然后再次清洗后在90°C的化學鍍液中浸泡3分鐘；將鎳塊作為陰極，導電陽極氧化鋁作為陽極，在電鑄液中進行電鑄，電壓在-0.5V保持lOmin，然后在30秒內(nèi)，降到_2.2V，并保持I小時；在6mol/L氫氧化鉀溶液中浸泡24h去除陽極氧化鋁和鋁，獲得具有錐形陣列的鎳印章，如圖5所示。
[0045]實施例3
[0046]鋁材采用常規(guī)方法進行去油，表面清洗，及拋光處理；在1% (質(zhì)量百分比)磷酸電解液中以鋁材為陽極，石墨為陰極，通過電壓源對鋁材進行恒壓陽極氧化，溫度為0°C，電壓為100V，時間為10小時，得到陽極氧化鋁膜；在組分為50mL/L的磷酸(H3PO4)和30g/L的三氧化鉻(CrO3)的混合液中，化學腐蝕完全去除陽極氧化鋁膜，溫度為70°C ;對去除氧化鋁膜后的鋁材進行恒壓陽極氧化，溫度為0°C，電壓為100V，時間為20分鐘，得到陽極氧化鋁膜，并在30% (質(zhì)量百分比)磷酸中0°C下擴孔40分鐘，獲得具有錐形孔洞的陽極氧化鋁膜；通過化學鍍鎳使獲得的陽極氧化鋁膜導電化，化學鍍鎳步驟為將陽極氧化鋁膜在350C的活化液中放置10分鐘,然后清洗后在55°C的解膠液中浸泡10分鐘,然后再次清洗后在90°C的化學鍍液中浸泡10分鐘；將鎳塊作為陰極，導電陽極氧化鋁作為陽極，在電鑄液中進行電鑄，電壓在-1V保持lOmin，然后在120秒內(nèi)，降到-2.8V，并保持I小時；在6mol/L氫氧化鉀溶液中浸泡24h去除陽極氧化鋁和鋁，獲得具有錐形陣列的鎳印章。
[0047]本實施例中，活化液配方為lg/L氯化鈀，72g/L氯化亞錫，7g/L亞錫酸鈉，300mL/L鹽酸；解膠液為10%鹽酸；化學鍍液配方為18g/L硫酸鎳，20g/L次磷酸鈉，12g/L乙酸鈉，4g/L檸檬酸，4g/L 丁二酸；電鑄液配方為522g/L氨基磺酸鎳，30g/L氯化鎳，45g/L硼酸。
[0048]本實施例制備的具有錐形陣列的鎳印章的表面形貌與斷面形貌與實施例1相似。
[0049]實施例4
[0050]鋁材采用常規(guī)方法進行去油，表面清洗，及拋光處理；在10% (質(zhì)量百分比)磷酸電解液中以鋁材為陽極，石墨為陰極，通過電壓源對鋁材進行恒壓陽極氧化，溫度為0°c，電壓為200V，時間為10小時，得到陽極氧化鋁膜；在組分為50mL/L的磷酸(H3PO4)和30g/L的三氧化鉻(CrO3)的混合液中，化學腐蝕完全去除陽極氧化鋁膜，溫度為70°C;對去除氧化鋁膜后的鋁材進行恒壓陽極氧化，溫度為(TC，電壓為200V，時間為5分鐘，得到陽極氧化鋁膜，并在1% (質(zhì)量百分比)磷酸中40°C下擴孔5分鐘，獲得具有錐形孔洞的陽極氧化鋁膜；通過化學鍍鎳使獲得的陽極氧化鋁膜導電化，化學鍍鎳步驟為將陽極氧化鋁膜在50°C的活化液中放置I分鐘，然后清洗后在40°C的解膠液中浸泡2分鐘,然后再次清洗后在80°C的化學鍍液中浸泡2分鐘；將鎳塊作為陰極，導電陽極氧化鋁作為陽極，在電鑄液中進行電鑄，電壓在OV保持lOmin，然后在10秒內(nèi)，降到_2.2V，并保持3小時；在6mol/L氫氧化鉀溶液中浸泡24h去除陽極氧化鋁和鋁，獲得具有錐形陣列的鎳印章。
[0051]本實施例中，活化液配方為lg/L氯化鈀，72g/L氯化亞錫，7g/L亞錫酸鈉，300mL/L鹽酸；解膠液為10%鹽酸；化學鍍液配方為21g/L硫酸鎳，25g/L次磷酸鈉，18g/L乙酸鈉，10g/L檸檬酸，10g/L 丁二酸；電鑄液配方為295g/L氨基磺酸鎳，5g/L氯化鎳，30g/L硼酸。
[0052]本實施例制備的具有錐形陣列的鎳印章的表面形貌與斷面形貌與實施例1相似。
[0053] 上述實施例為本發(fā)明較佳的實施方式，但本發(fā)明的實施方式并不受所述實施例的限制，如電解液還可以為硫酸或草酸電解液，還可通過直接剝離法去除陽極氧化鋁和鋁，其他的任何未背離本發(fā)明的精神實質(zhì)與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化，均應(yīng)為等效的置換方式，都包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種納米壓印鎳印章的制備方法，其特征在于，包括以下步驟: (1)對鋁材進行去油，表面清洗及拋光處理； (2)在電解液中以鋁材為陽極，惰性材料為陰極，通過電壓源對鋁材進行恒壓陽極氧化，電壓為100~200V，溫度為O~10°C，在鋁材上形成陽極氧化鋁膜； (3)通過化學腐蝕完全去除陽極氧化鋁膜，獲得具有有序凹坑的鋁材； (4)在電解液中以步驟(3)處理后鋁材為陽極，惰性材料為陰極，通過電壓源對鋁材進行恒壓陽極氧化，電壓為100~200V，溫度為O~10°C，在鋁材上形成陽極氧化鋁膜； (5)將步驟(4)得到的陽極氧化鋁膜在質(zhì)量百分比為I~30%磷酸中O~40°C下擴孔5~40分鐘； (6)通過化學鍍鎳使步驟(5)中獲得的陽極氧化鋁膜導電化，得到導電陽極氧化鋁； (7)在步驟(6)中獲得的導電陽極氧化鋁上電鑄鎳； (8)通過直接剝離法或化學腐蝕法去除陽極氧化鋁和鋁，獲得具有錐形陣列的鎳印章。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的納米壓印鎳印章的制備方法，其特征在于，在進行步驟(5)之后，重復進行步驟⑷~(5) I~4次，然后進行步驟(6)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1 所述的納米壓印鎳印章的制備方法，其特征在于，所述電解液為質(zhì)量百分比為1%~10%的磷酸電解液。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的納米壓印鎳印章的制備方法，其特征在于，步驟⑶所述化學腐蝕，具體為: 在溫度為70°C進行化學腐蝕，所用腐蝕液為由50mL/L的磷酸和30g/L的三氧化鉻組成的混合液。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的納米壓印鎳印章的制備方法，其特征在于，步驟(6)所述化學鍍鎳，具體包括: (6-1)活化:將陽極氧化鋁膜在35~50°C的活化液中放置I~10分鐘； (6-2)解膠:將活化后的陽極氧化鋁膜清洗，然后在40~55°C的解膠液中浸泡2~10分鐘； (6-3)化學鍍:將解膠后的陽極氧化鋁膜清洗，然后在80~90°C的化學鍍液中浸泡2~10分鐘。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的納米壓印鎳印章的制備方法，其特征在于，步驟(7)所述電鑄鎳，具體為: 將導電陽極氧化鋁膜作為陽極，鎳塊作為陰極，電鑄電壓在O~-1V保持10~30分鐘，然后在10~120秒內(nèi)，降到-2.2~-2.8V保持I~3小時； 其中，電鑄液配方為:295~522g/L氨基磺酸鎳，5~30g/L氯化鎳，30~45g/L硼酸。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的納米壓印鎳印章的制備方法，其特征在于，所述活化液的配方為:lg/L氯化鈀，72g/L氯化亞錫，7g/L亞錫酸鈉，300mL/L鹽酸。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的納米壓印鎳印章的制備方法，其特征在于，所述解膠液的配方為:10%鹽酸；化學鍍液配方為18~21g/L硫酸鎳，20~25g/L次磷酸鈉，12~18g/L乙酸鈉，4~10g/L檸檬酸，4~10g/L 丁二酸。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的納米壓印鎳印章的制備方法，其特征在于，步驟(2)得到的陽極氧化鋁膜厚度為10~60微米。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的納米壓印鎳印章的制備方法，其特征在于，步驟(4)得到的陽極氧化鋁 膜厚度為300納米~5微米。
【文檔編號】B82Y40/00GK104073857SQ201410274112
【公開日】2014年10月1日 申請日期:2014年6月18日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月18日
【發(fā)明者】胡星, 范忠輝, 凌志遠, 王凱 申請人:華南理工大學