纳米图像印刷技术简析

　　【慧聪印刷网】（1）微接触印刷技术（MCP）

　　就是把有机高分子溶液作油墨，涂于硅橡胶印版的图像部分，通过微接触印刷的方法，将印版凸起处的有机高分子转移至被印基板表面。由于发明者的巧妙设计，有机高分子被牢牢地吸着在基板表面上，形成分子厚度的凹凸图像。人们把这种技术称为微接触印刷技术。这里需要说明的，是在早期的实验中，作为油墨用的是带巯基的有机高分子乙醇溶液，所谓的基板是指表面镀有一层金膜的硅片材。当人们将硅橡胶印版上含巯基的高分子溶液转印到金膜上，便形成了自组装式的单分子膜图像。日本产业技术综合研究所纳米工艺学研究部的水谷亘等人指出，除含巯基的有机高分子溶液可作为微接触印刷的油墨使用外，最近科学家们又发现了表面具有化学活性的氨基硅烷，也是一种性能非常好的油墨。用这种油墨印刷出的图像（基板为云母片），经原子能显微镜（AFM）检测确认，在氨基硅烷图像的表面吸附着大量的DNA分子。人们认为，这是因为氨基硅烷表面的正电荷与具有负电荷的DNA分子相互吸引的结果。

　　微接触印刷不但具有快速、廉价的优点，而且还不需要洁净间的苛刻条件，甚至不需要绝对平整的表面。微接触印刷还适合多种不同表面，具有操作方法灵活多变的特点。该方法的缺点是在亚微米尺度，印刷时硫醇分子的扩散将影响对比度，并使印出的图形变宽。通过优化浸墨方式、浸墨时间，尤其是控制好压模上墨量及分布，可使扩散效应下降。

　　（2）毛细管微造型术（MIMIC）

　　就是将具有纳米凹凸图像的印版置于基板表面，这时印版图像凹凸处与基板表面形成极细的缝隙（毛细管），然后把液体聚合物滴在硅橡胶印版上。由于毛细管作用，液体聚合物便自行进入这些缝隙中。如果我们将缝隙中的聚合物固化后并将两者分离开来，即可获得精细的纳米凹凸图像。该技术可在光学组件等的制造领域获得广泛应用。

　　（3）微转印造型术（mTM）

　　就是将预聚物当做油墨，施涂于硅橡胶印版的凹陷处，通过转印方式，把预聚物转移到基板表面，再加热固化，形成纳米凹凸图像。我们把这种印刷方法称为微转印造型术。

　　（4）近场相位转换印刷术（PSL）

　　就是在基板上涂布光致抗蚀剂涂层后，再用硅橡胶模具在抗蚀剂涂膜上转印图像，并把它作为接触曝光的掩膜，如用紫外光对其接触曝光。由于硅橡胶模具转印的凹凸图形引发相位转换，从而有可能形成图像。不过，前提条件是图像凹凸部位的尺寸大小要比紫外光的波长还小，近场光的作用才能使图像转印成为现实。最近有文献报导，用此种技术可在球面上形成纳米图像。

　　除此之外，还有纳米化学平板印刷术。它是纳米材料自装配技术的最新类型之一。在科学家的演示中，这一工艺能够有效地形成非常稳定的纳米粒子周期队列，而不被先前平板印刷术（例如原子显微镜浸沾印刷术、激光平板印刷术、电子束平板印刷术、轧压印刷术等）中的很多瑕疵和局限所限制。纳米化学平板印刷术包括制作纳米尺寸的周期模板技术，要求对大小、尺寸、空间分布及功能的绝对控制。纳米化学平板印刷术是一个多种技术的结合体，其中粒子的排列是通过反映活性的不同来控制，反映活性则由粒子及其表面暴露于何种类型的化学处理中来决定。

　　科学家利用聚合在硅芯片上的石榴红发光钇铝（YAG）纳米粒子，向其中合成添加剂粒子并结晶来测定他们的形状和成分。在将纳米粒子聚合在硅芯片上之前，科学家利用一种基于「原子步移」现象的蚀刻技术，预先在硅芯片上雕刻模板。由于硅芯片表面自然存在的原子高位的步伐，科学家能够通过处理来移动这些原子，从而制造出所需的模板。化学反应（硅、氮、氧之间）所形成的氮化物薄层相应地形成于原子步移的边界上，从而预先雕刻模板于芯片上。为了使颗粒沿着芯片上的模板排列起来，科学家将样品置于一个超高真空室中退火处理几个小时。经过摄氏500-850度的处理，不仅获得了基于范本精确排列的纳米粒子，而且还获得了另一个优点。使用这一技术测量淬火处理后，纳米材料的排列还可以显示其强度。一般来说，很多纳米粒子都承受于光子漂白作用之下，这一损伤是由于暴露在高强光下引起；而另一方面，这些粒子却在科学家荧光成像测量技术中的延长照明中保持着它们的初始状态。

　　总而言之，纳米图像印刷并非传统意义的印刷技术，它是一种新近涌现的所谓软印刷技术。该技术突破了今天印刷精度的极限（微米级别），把印刷推进到了纳米加工的尺度。从而成为纳米结构、纳米器件，甚至纳米机器制造的重要手段之一。纳米图像印刷技术目前被认为是最接近实用化的制造技术，它预示着精细加工领域正在发生着深刻的变革。具有纳米结构超精细图像的制造，将从科学家们的实验室中走出来，并迅速迈向实用化阶段，日本目前已有纳米印刷装置在市场上出售。但为了形成良好的结构体，还必须发展以纳米模板和树脂材料为先导的相关技术，目前这一研究正在全世界范围内展开。纳米图像印刷技术的应用重点主要是电子和微电子领域，但也开始涉及边缘能源等领域。随着以纳米图像印刷技术为代表的软印刷技术研究的不断深入，它必将促进电子、微电子、印刷及其它相关技术更深远的革命。