納米印刷技術改變世界 帶來眾領域全新變革
2012-10-09 13:46 來源：必勝 責編：王岑
- 摘要：
- 納米技術其實就是一種用單個原子、分子射程物質的技術。它屬于一門交叉性很強的綜合學科，研究的內容涉及現代科技的廣闊領域。所以當納米遇到印刷就引發了強烈的“化學反應”。
【CPP114】訊：納米技術其實就是一種用單個原子、分子射程物質的技術。它屬于一門交叉性很強的綜合學科，研究的內容涉及現代科技的廣闊領域。所以當納米遇到印刷就引發了強烈的“化學反應”。
刷摒棄了傳統感光成像思路，無需暗箱操作而且制版流程簡單。這就是所謂的納米圖像印刷技術。說到底就是一種新型的壓印轉印技術，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，通過精確壓印并定型以后，再把模具與基板分離開來。這時，人們會發現，存在于模具表面的納米凹凸圖像便準確無誤地被轉印到基板表面的聚合物膜上。這個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。
納米印刷技術并非是傳統意義上的印刷技術，而是近年來涌現出來所謂的“軟印刷”技術。它突破了今天印刷精度的極限，把印刷推進到了納米加工的尺度。因此，這一項技術的應用也就不只局限在印刷領域，它將能夠影響到眾多的相關領域。作為一門實用性很強的應用技術，在納米電子器件、納米光學元件、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優勢。毫無疑問納米圖像印刷技術，將為IT與微電子產業、生物與生命科學、環境與新能源技術等領域的加速發展帶來重大的影響。
下面就來詳細的向大家介紹一下，納米圖像印刷技術對其他相關工業領域的支持：
（1）微接觸印刷技術（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。由于發明者的巧妙設計，有機高分子被牢牢地吸著在基板表面上，形成分子厚度的凹凸圖像。人們把這種技術稱為微接觸印刷技術。這里需要說明的，是在早期的實驗中，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。日本產業技術綜合研究所納米工藝學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，最近科學家們又發現了表面具有化學活性的氨基硅烷，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），經原子能顯微鏡（AFM）檢測確認，在氨基硅烷圖像的表面吸附著大量的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、廉價的優點，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。該方法的缺點是在亞微米尺度，印刷時硫醇分子的擴散將影響對比度，并使印出的圖形變寬。通過優化浸墨方式、浸墨時間，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（MIMIC）
就是將具有納米凹凸圖像的印版置于基板表面，這時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來，即可獲得精細的納米凹凸圖像。該技術可在光學組件等的制造領域獲得廣泛應用。
（3）微轉印造型術（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為微轉印造型術。
（4）近場相位轉換印刷術（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相位轉換，從而有可能形成圖像。不過，前提條件是圖像凹凸部位的尺寸大小要比紫外光的波長還小，近場光的作用才能使圖像轉印成為現實。最近有文獻報導，用此種技術可在球面上形成納米圖像。
另外，納米圖像印刷技術已經深入到為電子領域，甚至突破了微電子制作精度的極限（微米級別），把電子和印刷推進到了微觀的納米加工尺度。例如，在地圖印刷制作方面，納米技術的應用——微納米地圖的印刷制作日漸成熟。還有就是醫學領域，美國的醫學研究人員已經開始利用納米印刷技術來對抗癌細胞，并取得重大進展，能使用納米顆粒制造較大圖像，該成果將使科學家、醫學教授及技術專家可以按需所求，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點數來衡量，這種納米印刷技術可產生10萬點，而傳統膠印的對應數值是1500點。IBM蘇黎世研究實驗室納米構成技術研究者赫克·沃爾夫聲稱，“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法商用化，但它將對生物醫學、電子學和信息技術等領域產生顯著影響。如在生物學中促進納米級生物傳感器的發展；在半導體技術中可以用來制造更先進的電腦芯片的納米線。沃爾夫表示，“我們一直在尋找一種技術生成這種納米線”；在醫學上納米印刷技術可以用繪圖形式來表現病人體內癌細胞的準確位置。
可見納米印刷技術在眾多工業領域都有著良好的發展前景，就如同3D打印技術一樣，納米印刷技術也將用它獨特的印刷技術給我們未來的生活工作帶來全新的改變。
刷摒棄了傳統感光成像思路，無需暗箱操作而且制版流程簡單。這就是所謂的納米圖像印刷技術。說到底就是一種新型的壓印轉印技術，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，通過精確壓印并定型以后，再把模具與基板分離開來。這時，人們會發現，存在于模具表面的納米凹凸圖像便準確無誤地被轉印到基板表面的聚合物膜上。這個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。
納米印刷技術并非是傳統意義上的印刷技術，而是近年來涌現出來所謂的“軟印刷”技術。它突破了今天印刷精度的極限，把印刷推進到了納米加工的尺度。因此，這一項技術的應用也就不只局限在印刷領域，它將能夠影響到眾多的相關領域。作為一門實用性很強的應用技術，在納米電子器件、納米光學元件、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優勢。毫無疑問納米圖像印刷技術，將為IT與微電子產業、生物與生命科學、環境與新能源技術等領域的加速發展帶來重大的影響。
下面就來詳細的向大家介紹一下，納米圖像印刷技術對其他相關工業領域的支持：
（1）微接觸印刷技術（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。由于發明者的巧妙設計，有機高分子被牢牢地吸著在基板表面上，形成分子厚度的凹凸圖像。人們把這種技術稱為微接觸印刷技術。這里需要說明的，是在早期的實驗中，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。日本產業技術綜合研究所納米工藝學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，最近科學家們又發現了表面具有化學活性的氨基硅烷，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），經原子能顯微鏡（AFM）檢測確認，在氨基硅烷圖像的表面吸附著大量的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、廉價的優點，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。該方法的缺點是在亞微米尺度，印刷時硫醇分子的擴散將影響對比度，并使印出的圖形變寬。通過優化浸墨方式、浸墨時間，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（MIMIC）
就是將具有納米凹凸圖像的印版置于基板表面，這時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來，即可獲得精細的納米凹凸圖像。該技術可在光學組件等的制造領域獲得廣泛應用。
（3）微轉印造型術（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為微轉印造型術。
（4）近場相位轉換印刷術（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相位轉換，從而有可能形成圖像。不過，前提條件是圖像凹凸部位的尺寸大小要比紫外光的波長還小，近場光的作用才能使圖像轉印成為現實。最近有文獻報導，用此種技術可在球面上形成納米圖像。
另外，納米圖像印刷技術已經深入到為電子領域，甚至突破了微電子制作精度的極限（微米級別），把電子和印刷推進到了微觀的納米加工尺度。例如，在地圖印刷制作方面，納米技術的應用——微納米地圖的印刷制作日漸成熟。還有就是醫學領域，美國的醫學研究人員已經開始利用納米印刷技術來對抗癌細胞，并取得重大進展，能使用納米顆粒制造較大圖像，該成果將使科學家、醫學教授及技術專家可以按需所求，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點數來衡量，這種納米印刷技術可產生10萬點，而傳統膠印的對應數值是1500點。IBM蘇黎世研究實驗室納米構成技術研究者赫克·沃爾夫聲稱，“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法商用化，但它將對生物醫學、電子學和信息技術等領域產生顯著影響。如在生物學中促進納米級生物傳感器的發展；在半導體技術中可以用來制造更先進的電腦芯片的納米線。沃爾夫表示，“我們一直在尋找一種技術生成這種納米線”；在醫學上納米印刷技術可以用繪圖形式來表現病人體內癌細胞的準確位置。
可見納米印刷技術在眾多工業領域都有著良好的發展前景，就如同3D打印技術一樣，納米印刷技術也將用它獨特的印刷技術給我們未來的生活工作帶來全新的改變。
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