納米印刷技術(shù)改變世界 帶來(lái)眾領(lǐng)域全新變革
2012-10-09 13:46 來(lái)源：必勝 責編：王岑
- 摘要：
- 納米技術(shù)其實(shí)就是一種用單個(gè)原子、分子射程物質(zhì)的技術(shù)。它屬于一門(mén)交叉性很強的綜合學(xué)科，研究的內容涉及現代科技的廣闊領(lǐng)域。所以當納米遇到印刷就引發(fā)了強烈的“化學(xué)反應”。
【CPP114】訊：納米技術(shù)其實(shí)就是一種用單個(gè)原子、分子射程物質(zhì)的技術(shù)。它屬于一門(mén)交叉性很強的綜合學(xué)科，研究的內容涉及現代科技的廣闊領(lǐng)域。所以當納米遇到印刷就引發(fā)了強烈的“化學(xué)反應”。
刷摒棄了傳統感光成像思路，無(wú)需暗箱操作而且制版流程簡(jiǎn)單。這就是所謂的納米圖像印刷技術(shù)。說(shuō)到底就是一種新型的壓印轉印技術(shù)，它將被廣泛用于納米凹凸圖形的加工制作。將具有納米凹凸圖像的模具作“印版”，用預先涂有聚合物涂層的硅片或玻璃片等作基板（被印物），在相應的設備和器具配合下，通過(guò)精確壓印并定型以后，再把模具與基板分離開(kāi)來(lái)。這時(shí)，人們會(huì )發(fā)現，存在于模具表面的納米凹凸圖像便準確無(wú)誤地被轉印到基板表面的聚合物膜上。這個(gè)被轉印出的圖像與模具表面的凹凸圖形大小相等，深淺一致。但形狀正好相反（陰轉陽(yáng)的圖像），即前者的凸起處恰是后者凹下去的地方，反之亦然。
納米印刷技術(shù)并非是傳統意義上的印刷技術(shù)，而是近年來(lái)涌現出來(lái)所謂的“軟印刷”技術(shù)。它突破了今天印刷精度的極限，把印刷推進(jìn)到了納米加工的尺度。因此，這一項技術(shù)的應用也就不只局限在印刷領(lǐng)域，它將能夠影響到眾多的相關(guān)領(lǐng)域。作為一門(mén)實(shí)用性很強的應用技術(shù)，在納米電子器件、納米光學(xué)元件、納米生物傳感器及其他具有納米結構的功能圖形制作方面，將顯現出其獨特的技術(shù)優(yōu)勢。毫無(wú)疑問(wèn)納米圖像印刷技術(shù)，將為IT與微電子產(chǎn)業(yè)、生物與生命科學(xué)、環(huán)境與新能源技術(shù)等領(lǐng)域的加速發(fā)展帶來(lái)重大的影響。
下面就來(lái)詳細的向大家介紹一下，納米圖像印刷技術(shù)對其他相關(guān)工業(yè)領(lǐng)域的支持：
�。�1）微接觸印刷技術(shù)（MCP）
就是把有機高分子溶液作油墨，涂于硅橡膠印版的圖像部分，通過(guò)微接觸印刷的方法，將印版凸起處的有機高分子轉移至被印基板表面。由于發(fā)明者的巧妙設計，有機高分子被牢牢地吸著(zhù)在基板表面上，形成分子厚度的凹凸圖像。人們把這種技術(shù)稱(chēng)為微接觸印刷技術(shù)。這里需要說(shuō)明的，是在早期的實(shí)驗中，作為油墨用的是帶巰基的有機高分子乙醇溶液，所謂的基板是指表面鍍有一層金膜的硅片材。當人們將硅橡膠印版上含巰基的高分子溶液轉印到金膜上，便形成了自組裝式的單分子膜圖像。日本產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合研究所納米工藝學(xué)研究部的水谷亙等人指出，除含巰基的有機高分子溶液可作為微接觸印刷的油墨使用外，最近科學(xué)家們又發(fā)現了表面具有化學(xué)活性的氨基硅烷，也是一種性能非常好的油墨。用這種油墨印刷出的圖像（基板為云母片），經(jīng)原子能顯微鏡（AFM）檢測確認，在氨基硅烷圖像的表面吸附著(zhù)大量的DNA分子。人們認為，這是因為氨基硅烷表面的正電荷與具有負電荷的DNA分子相互吸引的結果。
微接觸印刷不但具有快速、廉價(jià)的優(yōu)點(diǎn)，而且還不需要潔凈間的苛刻條件，甚至不需要絕對平整的表面。微接觸印刷還適合多種不同表面，具有操作方法靈活多變的特點(diǎn)。該方法的缺點(diǎn)是在亞微米尺度，印刷時(shí)硫醇分子的擴散將影響對比度，并使印出的圖形變寬。通過(guò)優(yōu)化浸墨方式、浸墨時(shí)間，尤其是控制好壓模上墨量及分布，可使擴散效應下降。
�。�2）毛細管微造型術(shù)（MIMIC）
就是將具有納米凹凸圖像的印版置于基板表面，這時(shí)印版圖像凹凸處與基板表面形成極細的縫隙（毛細管），然后把液體聚合物滴在硅橡膠印版上。由于毛細管作用，液體聚合物便自行進(jìn)入這些縫隙中。如果我們將縫隙中的聚合物固化后并將兩者分離開(kāi)來(lái)，即可獲得精細的納米凹凸圖像。該技術(shù)可在光學(xué)組件等的制造領(lǐng)域獲得廣泛應用。
�。�3）微轉印造型術(shù)（mTM）
就是將預聚物當做油墨，施涂于硅橡膠印版的凹陷處，通過(guò)轉印方式，把預聚物轉移到基板表面，再加熱固化，形成納米凹凸圖像。我們把這種印刷方法稱(chēng)為微轉印造型術(shù)。
�。�4）近場(chǎng)相位轉換印刷術(shù)（PSL）
就是在基板上涂布光致抗蝕劑涂層后，再用硅橡膠模具在抗蝕劑涂膜上轉印圖像，并把它作為接觸曝光的掩膜，如用紫外光對其接觸曝光。由于硅橡膠模具轉印的凹凸圖形引發(fā)相位轉換，從而有可能形成圖像。不過(guò)，前提條件是圖像凹凸部位的尺寸大小要比紫外光的波長(cháng)還小，近場(chǎng)光的作用才能使圖像轉印成為現實(shí)。最近有文獻報導，用此種技術(shù)可在球面上形成納米圖像。
另外，納米圖像印刷技術(shù)已經(jīng)深入到為電子領(lǐng)域，甚至突破了微電子制作精度的極限（微米級別），把電子和印刷推進(jìn)到了微觀(guān)的納米加工尺度。例如，在地圖印刷制作方面，納米技術(shù)的應用——微納米地圖的印刷制作日漸成熟。還有就是醫學(xué)領(lǐng)域，美國的醫學(xué)研究人員已經(jīng)開(kāi)始利用納米印刷技術(shù)來(lái)對抗癌細胞，并取得重大進(jìn)展，能使用納米顆粒制造較大圖像，該成果將使科學(xué)家、醫學(xué)教授及技術(shù)專(zhuān)家可以按需所求，在相應位置準確放置小于100納米的微粒。
這是研究人員第一次使用比針頭小33000萬(wàn)倍的60納米的微粒印刷。如果用在每平方英寸上所印刷的網(wǎng)點(diǎn)數來(lái)衡量，這種納米印刷技術(shù)可產(chǎn)生10萬(wàn)點(diǎn)，而傳統膠印的對應數值是1500點(diǎn)。IBM蘇黎世研究實(shí)驗室納米構成技術(shù)研究者赫克·沃爾夫聲稱(chēng)，“這是迄今為止最可靠的放置微粒的方法”。
研究人員表示，雖然該方法在近幾年內還無(wú)法商用化，但它將對生物醫學(xué)、電子學(xué)和信息技術(shù)等領(lǐng)域產(chǎn)生顯著(zhù)影響。如在生物學(xué)中促進(jìn)納米級生物傳感器的發(fā)展；在半導體技術(shù)中可以用來(lái)制造更先進(jìn)的電腦芯片的納米線(xiàn)。沃爾夫表示，“我們一直在尋找一種技術(shù)生成這種納米線(xiàn)”；在醫學(xué)上納米印刷技術(shù)可以用繪圖形式來(lái)表現病人體內癌細胞的準確位置。
可見(jiàn)納米印刷技術(shù)在眾多工業(yè)領(lǐng)域都有著(zhù)良好的發(fā)展前景，就如同3D打印技術(shù)一樣，納米印刷技術(shù)也將用它獨特的印刷技術(shù)給我們未來(lái)的生活工作帶來(lái)全新的改變。
刷摒棄了傳統感光成像思路，無(wú)需暗箱操作而且制版流程簡(jiǎn)單。這就是所謂的納米圖像印刷技術(shù)。說(shuō)到底就是一種新型的壓印轉印技術(shù)，它將被廣泛用于納米凹凸圖形的加工制作。將具有納米凹凸圖像的模具作“印版”，用預先涂有聚合物涂層的硅片或玻璃片等作基板（被印物），在相應的設備和器具配合下，通過(guò)精確壓印并定型以后，再把模具與基板分離開(kāi)來(lái)。這時(shí)，人們會(huì )發(fā)現，存在于模具表面的納米凹凸圖像便準確無(wú)誤地被轉印到基板表面的聚合物膜上。這個(gè)被轉印出的圖像與模具表面的凹凸圖形大小相等，深淺一致。但形狀正好相反（陰轉陽(yáng)的圖像），即前者的凸起處恰是后者凹下去的地方，反之亦然。
納米印刷技術(shù)并非是傳統意義上的印刷技術(shù)，而是近年來(lái)涌現出來(lái)所謂的“軟印刷”技術(shù)。它突破了今天印刷精度的極限，把印刷推進(jìn)到了納米加工的尺度。因此，這一項技術(shù)的應用也就不只局限在印刷領(lǐng)域，它將能夠影響到眾多的相關(guān)領(lǐng)域。作為一門(mén)實(shí)用性很強的應用技術(shù)，在納米電子器件、納米光學(xué)元件、納米生物傳感器及其他具有納米結構的功能圖形制作方面，將顯現出其獨特的技術(shù)優(yōu)勢。毫無(wú)疑問(wèn)納米圖像印刷技術(shù)，將為IT與微電子產(chǎn)業(yè)、生物與生命科學(xué)、環(huán)境與新能源技術(shù)等領(lǐng)域的加速發(fā)展帶來(lái)重大的影響。
下面就來(lái)詳細的向大家介紹一下，納米圖像印刷技術(shù)對其他相關(guān)工業(yè)領(lǐng)域的支持：
�。�1）微接觸印刷技術(shù)（MCP）
就是把有機高分子溶液作油墨，涂于硅橡膠印版的圖像部分，通過(guò)微接觸印刷的方法，將印版凸起處的有機高分子轉移至被印基板表面。由于發(fā)明者的巧妙設計，有機高分子被牢牢地吸著(zhù)在基板表面上，形成分子厚度的凹凸圖像。人們把這種技術(shù)稱(chēng)為微接觸印刷技術(shù)。這里需要說(shuō)明的，是在早期的實(shí)驗中，作為油墨用的是帶巰基的有機高分子乙醇溶液，所謂的基板是指表面鍍有一層金膜的硅片材。當人們將硅橡膠印版上含巰基的高分子溶液轉印到金膜上，便形成了自組裝式的單分子膜圖像。日本產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合研究所納米工藝學(xué)研究部的水谷亙等人指出，除含巰基的有機高分子溶液可作為微接觸印刷的油墨使用外，最近科學(xué)家們又發(fā)現了表面具有化學(xué)活性的氨基硅烷，也是一種性能非常好的油墨。用這種油墨印刷出的圖像（基板為云母片），經(jīng)原子能顯微鏡（AFM）檢測確認，在氨基硅烷圖像的表面吸附著(zhù)大量的DNA分子。人們認為，這是因為氨基硅烷表面的正電荷與具有負電荷的DNA分子相互吸引的結果。
微接觸印刷不但具有快速、廉價(jià)的優(yōu)點(diǎn)，而且還不需要潔凈間的苛刻條件，甚至不需要絕對平整的表面。微接觸印刷還適合多種不同表面，具有操作方法靈活多變的特點(diǎn)。該方法的缺點(diǎn)是在亞微米尺度，印刷時(shí)硫醇分子的擴散將影響對比度，并使印出的圖形變寬。通過(guò)優(yōu)化浸墨方式、浸墨時(shí)間，尤其是控制好壓模上墨量及分布，可使擴散效應下降。
�。�2）毛細管微造型術(shù)（MIMIC）
就是將具有納米凹凸圖像的印版置于基板表面，這時(shí)印版圖像凹凸處與基板表面形成極細的縫隙（毛細管），然后把液體聚合物滴在硅橡膠印版上。由于毛細管作用，液體聚合物便自行進(jìn)入這些縫隙中。如果我們將縫隙中的聚合物固化后并將兩者分離開(kāi)來(lái)，即可獲得精細的納米凹凸圖像。該技術(shù)可在光學(xué)組件等的制造領(lǐng)域獲得廣泛應用。
�。�3）微轉印造型術(shù)（mTM）
就是將預聚物當做油墨，施涂于硅橡膠印版的凹陷處，通過(guò)轉印方式，把預聚物轉移到基板表面，再加熱固化，形成納米凹凸圖像。我們把這種印刷方法稱(chēng)為微轉印造型術(shù)。
�。�4）近場(chǎng)相位轉換印刷術(shù)（PSL）
就是在基板上涂布光致抗蝕劑涂層后，再用硅橡膠模具在抗蝕劑涂膜上轉印圖像，并把它作為接觸曝光的掩膜，如用紫外光對其接觸曝光。由于硅橡膠模具轉印的凹凸圖形引發(fā)相位轉換，從而有可能形成圖像。不過(guò)，前提條件是圖像凹凸部位的尺寸大小要比紫外光的波長(cháng)還小，近場(chǎng)光的作用才能使圖像轉印成為現實(shí)。最近有文獻報導，用此種技術(shù)可在球面上形成納米圖像。
另外，納米圖像印刷技術(shù)已經(jīng)深入到為電子領(lǐng)域，甚至突破了微電子制作精度的極限（微米級別），把電子和印刷推進(jìn)到了微觀(guān)的納米加工尺度。例如，在地圖印刷制作方面，納米技術(shù)的應用——微納米地圖的印刷制作日漸成熟。還有就是醫學(xué)領(lǐng)域，美國的醫學(xué)研究人員已經(jīng)開(kāi)始利用納米印刷技術(shù)來(lái)對抗癌細胞，并取得重大進(jìn)展，能使用納米顆粒制造較大圖像，該成果將使科學(xué)家、醫學(xué)教授及技術(shù)專(zhuān)家可以按需所求，在相應位置準確放置小于100納米的微粒。
這是研究人員第一次使用比針頭小33000萬(wàn)倍的60納米的微粒印刷。如果用在每平方英寸上所印刷的網(wǎng)點(diǎn)數來(lái)衡量，這種納米印刷技術(shù)可產(chǎn)生10萬(wàn)點(diǎn)，而傳統膠印的對應數值是1500點(diǎn)。IBM蘇黎世研究實(shí)驗室納米構成技術(shù)研究者赫克·沃爾夫聲稱(chēng)，“這是迄今為止最可靠的放置微粒的方法”。
研究人員表示，雖然該方法在近幾年內還無(wú)法商用化，但它將對生物醫學(xué)、電子學(xué)和信息技術(shù)等領(lǐng)域產(chǎn)生顯著(zhù)影響。如在生物學(xué)中促進(jìn)納米級生物傳感器的發(fā)展；在半導體技術(shù)中可以用來(lái)制造更先進(jìn)的電腦芯片的納米線(xiàn)。沃爾夫表示，“我們一直在尋找一種技術(shù)生成這種納米線(xiàn)”；在醫學(xué)上納米印刷技術(shù)可以用繪圖形式來(lái)表現病人體內癌細胞的準確位置。
可見(jiàn)納米印刷技術(shù)在眾多工業(yè)領(lǐng)域都有著(zhù)良好的發(fā)展前景，就如同3D打印技術(shù)一樣，納米印刷技術(shù)也將用它獨特的印刷技術(shù)給我們未來(lái)的生活工作帶來(lái)全新的改變。
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