Способ получения металлических реплик конической формы на основе полимерных шаблонов



Способ получения металлических реплик конической формы на основе полимерных шаблонов
Способ получения металлических реплик конической формы на основе полимерных шаблонов

 


Владельцы патента RU 2497747:

федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский педагогический государственный университет" (МПГУ) (RU)

Изобретение относится к области микро- и нанотехнологии и может быть использовано для создания металлических подложек с остриями конической формы. Сущность изобретения: способ изготовления металлических реплик конической формы на основе полимерных шаблонов заключается в том, что сначала изготавливают полимерный шаблон по ионно-трековой технологии путем облучения полимерной пленки и создания тупиковых конических пор, затем на одну из поверхностей полимерного шаблона методом термического напыления наносят контактный металлический слой, потом осуществляют контролируемое осаждение металла в микро- или наноразмерные поры полимерного шаблона, после чего проводят химическое растворение полимерного шаблона. Разработан новый способ создания на металлической подложке ансамблей свободностоящих нано- или микроразмерных острий из различных металлов с заданной поверхностной плотностью, размером и формой острий в процессе контролируемого гальванического осаждения металлов из соответствующих растворов электролитов. 7 з.п. ф-лы, 2 ил.

 

Изобретение относится к области микро- и нанотехнологии, а именно к получению металлических структур (острий, реплик), и может быть использовано для создания металлических подложек с остриями конической формы. Более конкретно изобретение относится к способу изготовления микро- и наноразмерных металлических реплик конической формы с переменным углом при вершине конуса на основе полимерных шаблонов.

Подложки с микро- или нанопроволоками (цилиндрами), благодаря большой площади поверхности, могут быть использованы в качестве катализаторов или в системах охлаждения [Schulz A., Akapiev G.N., Shirkova V.V., Rosier H., Dmitriev S.N. A new method of fabrication of heat transfer surfaces with micro-structured profile.// Nuclear Instruments and Methods in Physics Research 2005. B. Vol.236. №1-4. P.254-258.]. Кроме того, подложки с остриями могут применяться в автоэмисионных системах для холодной эмиссии электронов [Maurer F., Dangwal A., Lysenkov D., Miiller G., Toimil-Molares M.E., Trautmann C, Brotz J., Fuess H. Field emission of copper nanowires grown in polymer ion-track membranes. // Nuclear instruments & methods in physics research. 2006. B.Vol.245. P. 337-341.] или для лазерной десорбции/ионизации биологических молекул [Oleinikov V.A., Zagorski D.L., Bedin S.A., Volosnikov A.A., Emelyanov P.A., Kozmin Y.P., Mchedlishvili B.V. The study of the desorption/ionization from the replicas of etched ion tracks.// Rad. Meas. 2008.; Vol.43. P.635-638]. Подложки с остриями могут также применяться для исследования свойств макромолекул методом гигантского комбинационного рассеяния [Олейников В.А., Первов Н.В., Мчедлишвили Б.В. Трековые мембраны в темплейтном синтезе ГКР-активных наноструктур.// Мембраны. 2004. №4. С.17-28], причем особый интерес представляют подложки с остриями из серебра.

Технология получения металлических реплик на основе пористых шаблонов известна достаточно давно [Martin C.R. Nanomaterials: A membrane-based synthetic approach. // Science.1994. Vol.266. P.1961-1965; Chakarvarti S.K.; Vetter J. Template synthesis - a membrane based technology for generation of nano-/micro materials: a review. // Radiation Measurements. 1998. Vol.29. №2. P.149-159]. В последнее время достигнуты успехи в получении на основе шаблонов из трековых мембран (ТМ) металлических нано- и микрореплик в виде цилиндров (нано- и микропроволоок). Подобные нано- и микропроволоки могут обладать уникальными физическими, химическими механическими и механическими свойствами.

Известен способ получения металлических острий в виде конусов методом репликации пор трековых мембран [Oleinikov V.A., Tolmachyova Yu.V., Berezkin V.V., Vilensky, A.I., Mchedlishvili, B.V. Polyethileneterephthalate track membranes with conical pores: etching by water-alcohol alkali solutions. // Radiation Measurements. 1995. Vol.25. №1-4. P.713-714]. В этом случае использовали полимерный шаблон, полученный облучением на ускорителе полимерной пленки из полиэтилентерефталата (ПЭТФ) толщиной 10 мкм ионами аргона с флюенсом 105 ион/см2 и последующем одностороннем травлении в водно-спиртовом растворе щелочи КОН, получали микроразмерные конические поры.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому способу является способ изготовления субмикронных трубчатых металлических реплик с трековых мембран [Патент РФ 2156328]. Способ включает в себя гальваническое осаждение металла в каналы шаблона в виде трековой мембраны с напыленным на одну из ее поверхностей металлическим слоем. Электрохимическую ячейку разделяют трековой мембраной на верхний и нижний объемы. Пристеночное гальваническое осаждение металла в каналах трековой мембраны осуществляют в условиях протока электролита через каналы мембраны из верхнего объема ячейки в нижний. На последней стадии формирования микротрубочек периодически подают положительный потенциал на напыленный металлический слой на трековой мембране по отношению к отрицательному потенциалу на электроде в нижнем объеме электрохимической ячейки. Обеспечено повышение эффективности получения микротрубочек из различных металлов и сплавов и увеличение их линейных размеров

Недостатками этого способа получения металлических реплик являются:

- использование в качестве полимерного шаблона промышленно выпускаемых ТМ, применяющихся для фильтрации, из-за чего получают реплики, характеризующиеся большой плотностью, а так же наличием наклонных и пересекающихся острий;

- использование в качестве полимерного шаблона промышленно выпускаемых ТМ не позволяет получать реплики конической формы;

Задачей изобретения является достижение нового технического результата, заключающегося в том, чтобы разработать новый способ создания на металлической подложке ансамблей свободностоящих нано- или микроострий с заданной поверхностной плотностью, из различных металлов, различным размером и формой острий в процессе гальванического осаждения металлов из соответствующих растворов электролитов с разработкой соответствующих условий осаждения каждого из металлов.

Поставленная задача решается тем, что создан способ получения металлических реплик конической формы на основе полимерного шаблонов, заключающийся в том, что сначала изготавливают полимерный шаблон по ионно-трековой технологии путем облучения полимерной пленки и создании тупиковых конических пор, затем на одну из поверхностей шаблона методом термического напыления наносят контактный металлический слой, потом осуществляют контролируемое осаждение металла в микро- или наноразмерные поры полимерного шаблона, после чего проводят химическое растворение полимерного шаблона.

В качестве полимерной пленки используют пленка из полиэтилентерефталата преимущественно до 20 мкм.

Полимерный шаблон с коническими порами с диаметром основания от 50 нм до 1 мкм изготавливают путем облучения полимерной пленки ионами аргона, направленными перпендикулярно к ее поверхности, после чего обрабатывают в водно-спиртовым раствором щелочи NaOH с молярной концентрацией преимущественно от 2 до 4 при температуре от 20 до 80°С, где в качестве спирта используют этиловый спирт.

Контактный металлический слой на шаблон наносят методом термического напыления в вакууме с использованием вращающегося держателя.

Гальваническое осаждение металлической основы и контролируемое осаждение металла в микро- или наноразмерные поры полимерного шаблона с тупиковыми коническими порами осуществляют в электрохимической ячейке с соответствующим раствором электролита.

Металлом для гальванического осаждения в поры полимерного шаблона являются металлы из ряда медь, никель, серебро

Гальваническое осаждение металла в поры проводят со стороны напыленного металлического слоя в потенциостатическом режиме в два этапа, при этом на первом этапе осуществляют осаждение металла в поры, а на втором этапе напряжение увеличивают и формируют металлическую основу.

Химическое растворение полимерного шаблона проводят преимущественно в растворе щелочи NaOH с 6 молярной концентрацией, при температуре 60°С.

Новый технический результат по сравнению с известным способом достигается за счет новой совокупности признаков заявленного способа. В отличие от известного способа получения нано- и микрореплик цилиндрической формы используют не промышленно выпускаемую трековую мембрану, а полимерный шаблон, который изготавливают путем облучения пленки из ПЭТФ ионами аргона, с флюенсом от 105 до 107 ион/см2. Облучение пленки ионами аргона позволяет получить наименьший диаметр латентного трека. Далее эту пленку подвергают двухстороннему травлению в водно-спиртовом растворе щелочи NaOH с концентрацией от 2 до 4 М при температуре от 20 до 80°С, в качестве спирта используют этиловый спирт. Скорость травления облученного полимера ограничивается условиями диффузии травителя вдоль трека, что позволяет получить поры конической формы (Фиг.1а). Варьируя параметры травления, а именно температуру и концентрацию раствора, получают конусные поры с различными углами при вершине. Так, при температуре травящего раствора 20°С и содержании спирта в травящем растворе 90% получают поры, углы при вершине конуса которых, достигают 16°. При температуре 80°С и содержании спирта 10% получают конические поры с углами в 1°.

Получение конических реплик производится в следующей последовательности. Сначала для создания тонкого токопроводящего слоя на одну из сторон шаблона методом термического напыления в вакууме наносят слой металла толщиной от 20 до 40 нм. Напыление производят на вращающемся держателе, что позволяет покрыть металлом поверхность как шаблона, так и внутреннюю поверхность конических пор. Затем шаблон, у которого одна из сторон запылена металлом, фиксируется между двумя частями фторопластовой электрохимической ячейки. Ячейка заполняется раствором электролитом, и ее электроды подключаются к источнику. Осаждение металла производится со стороны напыленного металла. Процесс проводят в потенциостатическом режиме в два этапа. На первом этапе осуществляют осаждение металла в поры и на поверхность шаблона, при этом осаждение производиться при небольших плотностях тока, для более точного воспроизведения формы пор. На втором этапе напряжение увеличивают и проводят осаждение, в ходе которого формуют основу толщиной от 15 до 20 мкм (Фиг.16). По окончании процесса гальванического осаждения металла в поры, полученный образец вынимают из фторопластовой ячейки и растворяют полимерный шаблон в растворе щелочи NaOH с 6 молярной концентрацией при температуре 60°С. В ходе растворения полимера освобождается металлическая подложка с массивом металлических микро- или наноострий конической формы (Фиг.1в).

По предлагаемому способу изготовления металлических реплик различной геометрии на основе полимерных шаблонов могут быть получены структуры из меди, никеля, серебра. Равномерное и полное заполнение всех имеющихся в исходном шаблоне пор зависит от состава электролита, температуры и режима осаждения металла.

На Фиг.1 представлена схема заполнения металлом шаблонов с коническими (а, б, в) порами.

На Фиг.2 представлены микрофотографии полимерных шаблонов с тупиковыми коническими порами (а) и медных реплик конической формы полученных на их основе (б).

Изобретение иллюстрируется на примере получения медных реплик.

Пример 1. Получение медных реплик конической формы.

Для получения шаблона с коническими тупиковыми порами используют пленку из ПЭТФ толщиной 10 мкм, облученную ионами аргона с флюенсом 106 ион/см2 перпендикулярно поверхности пленки. Затем облученную пленку травят в водно-спиртовом растворе щелочи NaOH в соотношении спирт/щелочь, равным 1/3, при температуре 30°С в течение 30 мин (Фиг.2а). После подготовки шаблона на одну из его сторон методом термического напыления в вакууме напыляют тонкий слой меди толщиной 20 нм. Образец помещают в электрохимическую ячейку. На поверхность напыленного металла из сернокислого электролита состава 250 г/л CuSO4·5H2O, 70 г/л H2SO4 в потенциостатическом режиме осаждают слой металла. Осаждение проводят в два этапа. На первом этапе осуществляют осаждение металла в поры. Осаждение проводят при напряжении 100 мВ в течение 10 мин. На втором этапе напряжение увеличивают до 400 мВ и проводят осаждение в течение 20 мин и формуют основу толщиной 15 мкм. При окончании процесса осаждения металла полимерный шаблон растворяют в 6 М растворе щелочи NaOH при температуре 60°С в течение 120 мин, освобождая подложку с металлическим остриями (Фиг.2б).

1. Способ получения металлических реплик конической формы на основе полимерного шаблона, заключающийся в том, что сначала изготавливают полимерный шаблон по ионно-трековой технологии путем облучения полимерной пленки и создании тупиковых конических пор, затем на одну из поверхностей шаблона методом термического напыления наносят контактный металлический слой, потом осуществляют контролируемое осаждение металла в микро- или наноразмерные поры полимерного шаблона, после чего проводят химическое растворение полимерного шаблона.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве полимерной пленки используют пленку из полиэтилентерефталата преимущественно до 20 мкм.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что полимерный шаблон с коническими порами с диаметром основания от 50 нм до 1 мкм изготавливают путем облучения полимерной пленки ионами аргона, направленными перпендикулярно ее поверхности, после чего обрабатывают водно-спиртовым раствором щелочи NaOH с молярной концентрацией преимущественно от 2 до 4 при температуре от 20 до 80°С, где в качестве спирта используют этиловый спирт.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что контактный металлический слой на шаблон наносят методом термического напыления в вакууме с использованием вращающегося держателя.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что гальваническое осаждение металлической основы и контролируемое осаждение металла в микро- или наноразмерные поры полимерного шаблона с тупиковыми коническими порами осуществляют в электрохимической ячейке с соответствующим раствором электролита.

6. Способ по п.5, отличающийся тем, что металлом для гальванического осаждения в поры полимерного шаблона являются металлы из ряда медь, никель, серебро.

7. Способ по п.5, отличающийся тем, что гальваническое осаждение металла в поры проводят со стороны напыленного металлического слоя в потенциостатическом режиме в два этапа, при этом на первом этапе осуществляют осаждение металла в поры, а на втором этапе напряжение увеличивают и формируют металлическую основу.

8. Способ по п.1, отличающийся тем, что химическое растворение полимерного шаблона проводят преимущественно в растворе щелочи NaOH с 6 молярной концентрацией при температуре 60°С.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к нанотехнологии. Способ получения квантовой точки включает следующие стадии: a) смешивание амфифильного полимера, растворенного в некоординирующемся растворителе, с первым предшественником для получения карбоксилатного предшественника, b) смешивание карбоксилатного предшественника со вторым предшественником для получения ядра квантовой точки, c) смешивание ядра квантовой точки с предшественником, выбранным из группы, состоящей из: третьего предшественника, четвертого предшественника и их комбинации, для получения покрытия квантовой точки на ядре квантовой точки с образованием квантовой точки, где квантовая точка включает слой амфифильного полимера, размещенный на поверхности квантовой точки.

Изобретение относится к области порошковой металлургии. Нанодисперсные порошки могут быть использованы для изготовления инструментов, близких по твердости и износоустойчивости к инструментам на основе алмаза.
Изобретение направлено на получение высокочистой вакуумноплотной фольги с мелкокристаллической структурой из нанокристаллического бериллия, а также увеличение выхода годного.

Группа изобретений относится к медицине, в частности к хирургии, и может быть использована для наложения внутренних и наружных швов на органические ткани. Способ получения хирургического шовного материала включает формирование слоя металлических наночастиц на исходном материале, которым является лигатурная нить.

Изобретение относится к нанотехнологии, к оптическим и оптоэлектронным устройствам, основанным на использовании оптически активного наноматериала, и способам их получения.

Изобретение относится к различным областям техники, использующим материалы с развитыми поверхностями в виде многослойных наноструктур для производства солнечных батарей, фотоприемных устройств, катализаторов, высокоэффективных люминесцентных источников света.

Изобретение может быть использовано при изготовлении материалов для электронной техники, присадок для ракетных топлив, катализаторов, смазочных масел и полимерных покрытий.
Изобретение относится к применению индикаторной добавки для формирования изображений с помощью магнитных частиц (ИМЧ) для визуального мониторинга биосовместимого продукта.

Группа изобретений относится к медицине, а именно к композициям и способам для доставки наноносителей к клеткам иммунной системы, способным стимулировать иммунный ответ в Т-клетках и/или в В-клетках.
Изобретение может быть использовано для производства защитных покрытий трубопроводов в нефтяной, газовой, нефтегазоперерабатывающей, горнодобывающей и химической промышленности.

Изобретение относится к нанотехнологии. Способ получения квантовой точки включает следующие стадии: a) смешивание амфифильного полимера, растворенного в некоординирующемся растворителе, с первым предшественником для получения карбоксилатного предшественника, b) смешивание карбоксилатного предшественника со вторым предшественником для получения ядра квантовой точки, c) смешивание ядра квантовой точки с предшественником, выбранным из группы, состоящей из: третьего предшественника, четвертого предшественника и их комбинации, для получения покрытия квантовой точки на ядре квантовой точки с образованием квантовой точки, где квантовая точка включает слой амфифильного полимера, размещенный на поверхности квантовой точки.

Изобретение относится к области создания и использования катализаторов дегидрирования углеводородов, представляющего собой пористую подложку из нержавеющей стали, никеля или меди, на одну сторону которой нанесен слой пиролизованного инфракрасным излучением полиакрилонитрила (ИК-ПАН), а на другую сторону - слой, содержащий наночастицы сплавов Pt-Ru, Pt-Re, Pt-Rh или Pd-Ru, распределенные в пленке ИК-ПАН.

Изобретение относится к контрастному средству для магнитно-резонансной и рентгеновской диагностики для проведения магнитно-резонансной томографии (МРТ) и рентгеновской компьютерной томографии (РКТ).
Изобретение относится к радиотехнике, а именно к микроэлектронике, и может быть использовано, в частности, в электронных печатных платах, применяемых в бортовой радиоэлектронной аппаратуры космических аппаратов.

Изобретение относится к различным областям техники, использующим материалы с развитыми поверхностями в виде многослойных наноструктур для производства солнечных батарей, фотоприемных устройств, катализаторов, высокоэффективных люминесцентных источников света.

Изобретение относится к способу получения наноматериалов. Способ включает воздействие электрического разряда на электрод в водной электропроводящей среде.
Изобретение относится к области электрохимии и может быть использовано в качестве подготовительного этапа производства электрокатализаторов. Описан способ предварительной обработки углеродного носителя электрохимического катализатора, заключающийся в том, что обработку углеродного носителя электрохимического катализатора производят в вакуумной камере, снабженной источником потока атомных частиц и держателем углеродного порошка, выполненным с возможностью перемешивания порошка, порошок углеродного носителя перемешивают, а поверхность носителя бомбардируют пучком атомных частиц, при этом для размещения порошка углеродного носителя используют установленную в держателе пористую подложку с открытой пористостью, выполненную из инертного материала, пневматически связанную с устройством автономной подачи газа, помещают на подложку слои частиц углеродного носителя, через пористую подложку продувают инертный газ с образованием над подложкой псевдокипящего слоя частиц углеродного носителя, а бомбардировку поверхности частиц углеродного носителя производят с энергией ионов не менее 7,41 эВ/атом.

Изобретение относится к области молекулярной биологии, биоорганической химии и медицины. Заявляемые нанокомпозиты предназначены для направленного воздействия на генетический материал внутри клетки и подавления его дальнейшего функционирования.

Изобретение относится к новому способу получения фуллеренола С84, при котором сухой углеродный шлам (отходы производства сульфоаддукта нанокластеров углерода) загружают в экстрактор типа аппарата Сокслета и экстрагируют фуллеренол в виде водного раствора аммиачной соли фуллеренола раствором аммиака, нагревом его в испарительной части экстрактора.
Изобретение относится к области создания средств инициирования и может быть использовано при изготовлении безопасных как в снаряжении, так и обращении электродетонаторов (ЭД) без инициирующих взрывчатых веществ (ВВ).

Изобретение может быть использовано при изготовлении модификаторов эпоксидных композитов, микробицидов с анти-ВИЧ активностью, не проявляющих цитотоксичности, антиоксидантных добавок в косметические средства. Фуллеренол С60 получают каталитической дегидратацией глицерина при нагревании. В качестве катализатора применяют глюкозу, фуллерен, фуллеренол. Образующиеся реакционную воду, аллиловый спирт и акролеин отгоняют. Дегидратацию проводят до образования твердой фазы черного цвета и уменьшения объема реакционного раствора до 20-25% от первоначального объема глицерина. Образовавшийся фуллеренол С60 выделяют из разбавленного водой реакционного раствора в виде раствора натриевой или аммиачной соли добавлением щелочи или аммиака, фильтруют от побочного продукта синтеза - нерастворимого в воде углерода. Фильтрат подкисляют серной кислотой до рН 6,5, а выпавший при подкислении осадок, представляющий собою фуллеренол С60, отфильтровывают и промывают водой от непрореагировавшего глицерина, остатков аллилового спирта, акролеина, сульфата натрия или аммиака, образующихся при подкислении. Отфильтрованный осадок темно-коричневого цвета, представляющий собой фуллеренол С60, сушат при температуре 70-90°С. Дополнительную очистку проводят путем перекристаллизации из спирта. Фуллеренол С60 растворим в воде и спирте. 2 н. и 5 з.п. ф-лы, 1 ил., 3 пр.
Наверх