微纳自组装技术——纳米孔道阵列辅助自组装技术简述

微纳自组装技术——纳米孔道阵列辅助自组装技术

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材料在人类社会进步过程中有着特殊意义。从石器时代，青铜时代，铁器时代，到水泥/钢筋时代，再到硅时代，无一不体现出材料的重要作用。科学家预言，我们正步入纳米时代[1~8]。而自组装技术是制备纳米结构的几种为数不多的方法之一在我们生活中，自组装无处不在[9-11]第一，从宏观角度，一个系统从无序变成有序的过程，就是一种自组装的过程。第二，从微观角度，细胞的演变以及基于细胞的组织生长，也是自组装的过程。第三，自组装也是合成各种纳米结构有效的策略，促进纳米科学的发展。第四，自组装是许多动态结构单元系统的共同点，从智能材料和自愈结构到网状传感器和计算机网络。自组装是指基本结构单元(分子，纳米材料，微米或更大尺度的物质）自发形成有序结构的一种技术。在自组装的过程中，基本结构单元在基于非共价键的相互作用下自发的组织或聚集为一个稳定、具有一定规则几何外观的结构[2]。到现在用于自组装膜的材料已不限于聚电解质或水溶性的天然高分子，其成膜驱动力也从静电力扩展到氢键、电荷转移、主－客体等相互作用，并已成功地制备了各种类型的聚合物纳米级超薄膜，同时也初步实现了自组装膜的多种功能化，使其成为一种重要的超薄膜制备技术。

在定向诱导纳米自组装技术和模板辅助自组装技术中，模板辅助自组装技术是以范德华力为主的弱相互作用进行定向自组装，自组装的有序性是由粒子尺寸、表面钝化层厚度以及粒子形状决定的，以模板 作为形成有序结构的主体基质，可以制备大尺寸、结构可控的自组装结构。K. Meneou等人首次报道了通过纳米通道氧化铝（NCA）膜对砷化镓进行模板化阳极氧化而在砷化镓上形成的纳米孔阵列[12]。而铝的阳极氧化是一种电化学过程，它通过氧化改变金属的表面化学，从而产生阳极氧化层。在此过程中，可以产生具有可控孔径、周期性和密度分布的圆柱形孔的自组织、高度有序阵列。这使得阳极氧化铝 (AAO) 膜可以在各种纳米技术应用中用作模板，而无需昂贵的光刻技术。GEJ Poinern等人概述了 AAO 膜的研究现状以及纳米技术的各种应用[13]，这些应用将它们用于制造纳米材料和设备或将它们纳入特定应用，如生物/化学传感器、纳米电子设备。而Phan等人提出了一种高纵横比（AR）硅微/纳米孔结构的制造工艺及其表面改性，以提高注液型自清洁表面的功能[14]。另外，由于碳化硅（SiC）因其优异的性能被广泛用于高温和恶劣条件下的电子器件。然而，SiC由于其优异的化学稳定性，难以通过传统的湿法刻蚀方法进行有效加工。Li等人提出了一种金属辅助光化学刻蚀方法，制备了碳化硅中可控的纳米孔阵列结构[15]。通过在碳化硅晶片的底面溅射一层贵金属层并在顶面照射紫外光，可以在氢氟酸和二氧化氢的蚀刻剂中对碳化硅进行有效蚀刻。SiC的有效蚀刻归因于紫外光激发的大量光生空穴和Pt层增强的快速电子传输的协同作用，从而提高了蚀刻反应速率。

参考文献
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