基于納米壓印的平面手性人工材料研究.pdf

1、納米壓印光刻技術(shù)具有效率高、失真率低、易于實現(xiàn)大面積圖形轉(zhuǎn)移等特點，成為下一代光刻技術(shù)的研究熱點。平面手性人工材料具有獨特的手性結(jié)構(gòu)，可以產(chǎn)生旋光效應(yīng)且旋光效率大大高于傳統(tǒng)的雙折射晶體，并有可能產(chǎn)生負(fù)折射效應(yīng)，有非常重要的科學(xué)研究價值，在電磁天線、隱身材料等方面具有重要的應(yīng)用前景。本課題利用納米技術(shù)制備了平面金屬和介質(zhì)手性材料，研究了壓印參數(shù)對手性材料制備、性能等影響，并測量了手性結(jié)構(gòu)的性能。
　　論文首先開展了平面手性金屬結(jié)構(gòu)的

2、理論模擬、壓印制備和性能測量。利用有限差分時域法軟件(FDTDSolutions)對雙層互補型金屬結(jié)構(gòu)的平面手性人工材料的旋光機(jī)理進(jìn)行了分析。論文研究了上下兩層金屬間距改變對旋光性能的影響，模擬結(jié)果發(fā)現(xiàn)，互補型平面手性金屬人工材料的上下兩層金屬之間的耦合導(dǎo)致的磁共振會使得它的共振峰發(fā)生偏移、增強或減弱，而單層金屬表面形成的電共振所導(dǎo)致的共振峰卻不受其影響。利用納米壓印技術(shù)成功制備了具有光學(xué)波段600nm周期rosette圖形的平面手性金

3、屬人工材料，通過對壓印深度的控制改變上下兩層金屬間的距離，從而對共振峰的位置進(jìn)行控制，驗證了之前的模擬結(jié)果。制備的器件具有6×104°/mm的旋光效率，和較高(100°-15°)的旋光度數(shù)。
　　論文還提出了利用高折射率的ZnO來制備介質(zhì)光學(xué)器件，如旋光結(jié)構(gòu)和光柵結(jié)構(gòu)，并利用FDTD模擬軟件討論了ZnO作為全介質(zhì)平面手性人工材料和光柵結(jié)構(gòu)的可行性。論文結(jié)合了納米壓印技術(shù)和水熱法，利用納米壓印將圖形轉(zhuǎn)移到SU-8光刻膠上，然后在SU

4、-8溝槽中進(jìn)行氧化鋅的限制性生長。以此方法我們使用HMTA(六次甲基四胺)和六水合硝酸鋅的混合溶液制備了具有rosette和光柵圖形分立氧化鋅納米棒陣列。為了制備全介質(zhì)平面手性人工材料，采用DMAB(二甲基胺硼烷)和六水合硝酸鋅混合溶液制備了具有連續(xù)薄膜形貌的氧化鋅納米結(jié)構(gòu)。論文對氧化鋅納米棒的圖形化限制性生長進(jìn)行了分析和總結(jié)，提出對生長時間的控制是實現(xiàn)圖形化生長可控性的決定因素。論文還發(fā)現(xiàn)長時間氧氣反應(yīng)離子刻蝕能夠提高氧化鋅納米棒光致