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以UV固化滾輪壓印微/奈米複合式結構之研究

為了解決ps模擬器設定的問題，作者湯雅淩 這樣論述：

目錄指導教授推薦書口試委員審定書致謝 iii摘要 ivAbstract v目錄 vi圖目錄 x表目錄 xv第一章、導論 11.1 研究背景與動機 11.2 奈米結構簡介 11.3 奈米結構之製造方法 31.3.1 由上而下法 (Top down) 31.3.2 由下而上法 (Bottom up) 31.4 奈米球自組裝結構 41.5 奈米壓印成型技術簡介 61.5.1 奈米轉印技術 61.5.2 滾輪式奈米轉印技術 81.6 研究目標 81.7 研究架構 9第二章、文獻回顧 10

2.1 奈米自組裝結構相關文獻 102.2 UV固化奈米轉印技術相關文獻 192.3 文獻總結 22第三章、實驗設置與實驗方法 233.1 實驗流程 233.2 微/奈米陣列結構之材料與設備 243.2.1 矽晶圓 243.2.2 矽基板清洗之材料與設備 243.3 製作奈米陣列結構之實驗步驟 273.3.1 製作奈米陣列結構之步驟 273.3.2 單一參數法介紹 283.3.3 300 nm奈米陣列結構之參數設定 283.2.4 900 nm奈米陣列結構之參數設定 293.4 製作微/奈米複合式陣

列結構之步驟 303.4.1 製作微/奈米複合式陣列結構之步驟 303.4.2 微/奈米複合式陣列結構之參數設定 303.5 PMDS軟模之材料與設備 323.5.1 PDMS之介紹 323.5.2 稀釋PDMS之溶液 323.6 製作PMDS軟模之步驟 343.6.1 PDMS翻模之步驟 343.6.2 PDMS軟模之參數設定 363.7 UV固化滾輪式奈米轉印製程之材料與設備 373.7.1 轉印材料 373.7.2 轉印設備 393.8 UV固化滾輪式奈米轉印製程之步驟 443.8.1 UV固化滾輪式奈米轉印製

程之步驟 443.8.2 UV固化滾輪式奈米轉印製程之製程參數設定 443.9 相關量測設備 453.9.1 場發式掃描電子顯微鏡(FE-SEM) 453.9.2 原子力顯微鏡 (AFM) 463.9.3水接觸角量測儀 463.9.4 分光光譜儀 (UV-VIS) 473.9.5 太陽光源模擬器 48第四章、結果與討論 494.1 微/奈米陣列結構之結果與參數討論 494.1.1 實驗因子對300 nm PS奈米球排列之影響 494.1.2 實驗因子對900 nm PS奈米球排列之影響 534.1.3 900-300 nm

PS奈米球排列之結果 544.1.4 奈米陣列結構以及微/奈米複合式陣列結構之表面形貌 554.1.5 奈米陣列結構之水接觸角量測 564.2 PDMS軟模之結果與參數討論 574.2.1 有/無添加稀釋溶液對翻印PDMS軟模之影響 574.2.2 有/無表面電漿處理於奈米陣列結構對翻印PDMS軟模之影響 584.2.3 PDMS與正己烷之重量比對翻印PDMS軟模之影響 584.2.4 PDMS軟模翻印之表面形貌 614.3 UV固化滾輪式奈米轉印製程之結果與參數討論 614.3.1 玻璃基板與PDMS軟模之間距對轉印成品之影響 6

24.3.2 馬達轉速對轉印成品之影響 644.3.3 UV光功率對轉印成品之影響 664.4 轉印成品性質量測之結果 694.4.1 轉印成品之水接觸角量測 69第五章、結論與未來展望 705.1 結論 705.2 未來展望 70參考文獻 71圖目錄圖1-1、(a)蓮花效應，(b)蓮花葉結構之SEM圖[1] 2圖1-2、(a)蛾的複眼、(b)蛾複眼的微結構SEM圖[2] 3圖1-3、奈米結構建構方式之示意圖 4圖1-4、自組裝過程可以前後分為兩個階段[4]：(a)相近奈米球因毛細作用力而形成晶種；(b)對流作用將奈米球帶往晶種

區 5圖1-5、蛋白石(Opal)之圖像[6] 5圖1-6、奈米轉印技術之示意圖[10]；(a)熱壓轉印之示意圖；(b) UV光硬化轉印之示意圖；(c)軟微影技術示意圖 7圖2-1、垂直浸塗法示意圖[11] 10圖2-2、旋轉塗佈法示意圖[12] 10圖2-3、Langmuir-Blodgett film示意圖[13] 11圖2-4、溫度和相對濕度對溶劑蒸發速率影響之示意圖[14] 12圖2-5、不同轉速和不同距離之silica奈米球SEM圖[14] 13圖2-6、不同轉速和溶劑蒸發結果之示意圖[14] 13圖2-7、300與550 nm

SiO2奈米球之表面覆蓋率與基材中心距離之關係圖[14] 13圖2-8、奈米球濃度與乙醇體積分率之關係示意圖[15]。●:濃度誘導；■:毛細管作用誘導；▼:剪切力誘導；◄:毛細管誘導剪切崩壞；▲:無有序排列之結構 14圖2-9、氟矽烷包覆二氧化矽奈米球(F-SiO2)之合成示意圖[16] 15圖2-10、(a)水滴於具有F-SiO2塗層的玻璃基板上之圖像 (b)有無F-SiO2塗層的玻璃基板之穿透率圖[16] 15圖2-11、奈米轉印於不同尺寸的奈米球之AFM與SEM圖[17] 16圖2-12、有/無奈米陣列結構之太陽能電池I-V曲線圖[17] 16圖2-1

3、次序旋轉塗佈示意圖[19] 17圖2-14、複合式微/奈米(a) 891 nm/519 nm (b) 891 nm/422 nm 18圖2-15、複合式微/奈米(a) 500 nm/200 nm (b) 750 nm/200 nm 18圖2-16、(a)微/奈米複合式陣列結構之製造及其複製過程的示意圖，(b)複合式微/奈米(470 nm/270 nm)陣列結構，(c)壓印之微/奈米複合式陣列結構[21] 20圖2-17、(a)、(c)、(e)、(g)低倍率和(b)、(d)、(f)、(h)高倍率以不同分散劑(PVP)濃度之奈米陣列結構SEM圖像[21]。(a)(b)為

PVP之重量分數= 0，(c)(d)為PVP之重量分數= 0.625×10-5，(e)(f)為PVP之重量分數= 1.250×10-5，(g)(h)為PVP之重量分數 1.875×10-5 20圖2-18、左圖為複印之奈米(2 mm)陣列結構的SEM圖，右圖為有/無奈米陣列結構之太陽能電池I-V曲線圖[22] 21圖2-19、Roll to roll 奈米轉印製程示意圖[23] 21圖2-20、層次結構之SEM圖[23] 22圖2-21、層次結構之超疏水性薄膜水接觸角[23] 22圖3-1、實驗流程圖 24圖3-2、矽基板 25圖3-

3、PS奈米球乳化液。左為300 nm，右為900 nm 26圖3-4、(A)超音波震盪機 (B)旋轉塗佈機 27圖3-5、旋轉塗佈法示意圖 29圖3-6、次序旋轉塗佈示意圖 31圖3-7、(a) PDMS之A、B劑 (b)幫浦與塑膠真空乾燥皿 34圖3-8、PDMS翻模之示意圖 36圖3-9、(a) UV膠 (b)玻璃基板 (c)離型膜 39圖3-10、轉印設備工程圖[25] 40圖3-11、整體設備外觀圖 40圖3-12、轉印製程示意圖[25] 41圖3-13、轉印滾輪之尺寸圖[25] 41圖3-14、馬達外型圖 42

圖3-15、(a) Z軸精密平移台 (b)精密升降台 43圖3-16、UV光固化設備 43圖3-17、場發式掃描電子顯微鏡 45圖3-18、原子力顯微鏡 46圖3-19、水接觸角量測儀 47圖3-20、分光光譜儀 47圖3-21、太陽光源模擬器 48圖4-1、(a)未加分散劑、(b)10 wt%分散劑之奈米陣列結構SEM圖(轉速3000 rpm、時間30 sec) 50圖4-2、不同分散劑濃度下300 nm奈米陣列結構之SEM圖 50圖4-3、不同旋轉塗佈之轉速下300 nm奈米陣列結構之SEM圖 52圖4-4、不同旋轉塗佈之時間下3

00 nm奈米陣列結構之SEM圖 53圖4-5、不同分散劑濃度下900 nm奈米陣列結構之SEM圖 54圖4-6、微/奈米900-300 nm複合式奈米陣列結構之SEM圖 55圖4-7、奈米結構最佳塗佈結果之AFM圖。(a) 300 nm (b) 900 nm 55圖4-8、水接觸角結果。(a)矽基板表面 (b)300 nm奈米陣列結構 (c)為900 nm奈米陣列結構 900-300 nm微/奈米複合式陣列結構 56圖4-9、(a)無稀釋 (b)有稀釋之300 nm奈米陣列凹結構的SEM圖，稀釋比例1:1 57圖4-10、(a)無電漿處理 (b)有電漿處理

之300 nm奈米陣列凹結構的SEM圖，稀釋比例為1:1 58圖4-11、不同正己烷之重量下300 nm奈米陣列結構之PDMS軟模SEM圖 59圖4-12、不同正己烷之重量下300 nm奈米陣列結構之PDMS軟模SEM圖 60圖4-13、不同正己烷之重量下300 nm奈米陣列結構之PDMS軟模SEM圖 60圖4-14、奈米陣列結構的PDMS軟模最佳翻印結果之AFM圖 (a) 300 nm (b) 900 nm (c) 900-300 nm 61圖4-15、不同玻璃基板與PDMS軟模之間距下對轉印成品之300 nm奈米陣列結構的SEM圖 63圖4-16、不同玻

璃基板與PDMS軟模之間距下對轉印成品之900 nm奈米陣列結構的SEM圖 63圖4-17、不同玻璃基板與PDMS軟模之間距下對轉印成品之900-300 nm微/奈米陣列結構的SEM圖 64圖4-18、不同馬達轉速下對300 nm奈米陣列結構之轉印成品的SEM圖 65圖4-19、不同馬達轉速下對900 nm奈米陣列結構之轉印成品SEM圖 66圖4-20、不同馬達轉速下對轉印成品之900-300 nm微/奈米陣列結構的SEM圖 66圖4-21、不同UV光功率對300 nm奈米陣列結構之轉印成品的SEM圖 67圖4-22、不同UV光功率下對900 nm米陣列結構

之轉印成品的SEM圖 68圖4-23、不同UV光功率對900-300 nm微/奈米陣列結構之轉印成品的SEM圖 68圖4-24、水接觸角量測-轉印成品 (a)Flat UV 膠 (b)300 nm奈米陣列結構 (c)900 nm奈米陣列結構 (d)900-300 nm微/奈米複合式陣列結構 69 表目錄表2-1、300 nm與550 nm Silica奈米球旋轉塗佈之參數設定[14] 12表3-1、聚苯乙烯奈米球乳化液之性質 26表3-2、300 nm奈米陣列結構之參數設定表 28表3-3、900 nm 奈米陣列結構之參數設定表 29表3-4、900-

300 nm微/奈米複合式陣列結構之參數表 31表3-5、PDMS和正己烷重量比之參數設定表 37表3-6、FL171-10 UV膠規格 38表3-7、FL171-10 UV膠之硬化條件 38表3-8、FL171-10 UV膠之成品性質 38表3-9、馬達規格表 42表3-10、UV固化滾輪式奈米轉印製程之參數設定表 45