以纳米压印为代表的模塑成形工艺,被认为是一种低成本、高效率、高分辨率的纳米结构成形技术,被许多重要的产业领域寄予了厚望,甚至被国际半导体技术路线图(ITRS)列为未来最有可能代替光学光刻的一种图形化技术。然而此类技术在填充和脱模过程中的缺陷控制和模板寿命方面的困难,一直是限制其深入走向产业应用的关键问题。因此,研究微纳米结构的模塑成形工艺在其流变过程和表界面行为中的缺陷形成机理,并提出行之有效的解决方案,是推动微纳米结构模塑成形技术走向产业应用的重要课题。本论文研究工作的出发点和主要内容如下:(1)常规纳米压印工艺原理上存在固有的技术瓶颈。传统的机械压力或自然毛细力在驱动流变材料填充模板型腔的过程中,过大的机械压力往往会导致模板特征结构变形;自然毛细力填充虽然降低了对机械压力的需求,但是对于多尺度模板型腔内难以均匀填充、对于大深宽比模板腔体难以完全填充,而且利用自然毛细力直接代替机械压力还会面临效率低的问题。为此,本论文基于聚合物的电润湿原理,提出一种原创性的电驱动模塑成形方法。其本质是采用电毛细力替代机械压力驱动机制,实现近零压力下的快速均匀填充,从而避免了机械压力驱动流变所带来的诸多问题,并能突破自然毛细力驱动填充在效率和精度上的局限。该方法的工艺实现途径即是在导电模板和衬底之间施加适当的方波电压,使模板腔体内的聚合物对模板侧壁产生最佳效果的电润湿,电润湿效应会减小聚合物对模板型腔侧壁的接触角,从而增大毛细提升力,驱动聚合物快速填满向模板腔体。(2)常规脱模方法存在可靠性和稳定性的难题。常规的脱模通常依赖对模板进行低表面能的化学处理,形成一种抗粘层,但抗粘层本身容易在紫外光照射时与聚合物体系中的活性基团发生化学反应、并因界面滑移摩擦而被逐渐消耗,久之便容易引起各种形式的脱模缺陷,因此难以保证脱模的可靠性和稳定性。为此,本论文基于模板/聚合物界面电荷的库伦效应,提出了一种原创性的电辅助脱模方法,即:在电毛细力驱动填充完成后,将方波电压调制成适当的直流电压,在模板介电层与聚合物的界面处形成同性的电荷双层,此时固化聚合物,则聚合物表面的电荷会因材料发生相变而失去自由迁移的能力,形成“冻结电荷”,介电层表面的电荷因驻极体效应而形成“受限电荷”,聚合物表面的“冻结电荷”与介电层中的“受限电荷”具有相同的电性;脱模时撤去外电压,则聚合物中的冻结电荷与模板介电层中的受限电荷之间会发生静电互斥作用,削弱模板与聚合物之间的范德华力,从而降低了界面的粘附力。这种纯物理方式的脱模过程不再依赖化学反应处理的脱模层,因而可以保障脱模过程的稳定性和可靠性。(3)本文提出的电驱动填充和电辅助脱模方法涉及多种界面物理现象,并且其在微纳尺度条件下与宏观状态具有不同的特征。为此,本论文针对所提出的电驱动模塑成形工艺,揭示了聚合物电润湿的基本规律,指出了聚合物发生电润湿的条件及其影响因素,重点探讨了电极表面的介电层参数、外加电压的时序特征等对电润湿的影响、电润湿中的电荷受限现象。(4)本论文依据对电场作用下聚合物流变和界面物理行为规律的认知,将电驱动模塑成形工艺方法进行延伸和变异,尝试了其在若干微纳米器件制造中的应用。(a)非球面微透镜阵列的制造:本研究提出将纳米压印技术与模板腔体内的聚合物电润湿原理相结合,利用外电场控制模板微孔阵列内的聚合物形貌,从而实现曲率可控的非球面微透镜阵列制造,这种非球面微透镜阵列制造方法具有低成本、高效率、大面积的优势;(b)变深宽比微柱阵列的成形:本论文提出将刮涂工艺和电毛细力驱动填充原理相结合,随空间位置调整电毛细力大小,控制刮涂过程中聚合物对模板腔体的填充深度,从而可最终实现随空间位置变高度的微结构转移成形;(c)柔性透明电极的制造:针对柔性透明电极在未来柔性显示器中的广泛需求,本论文提出了利用电润湿辅助的大幅面刮涂填充技术,使银浆料填充到柔性透明基材的网格化深腔槽之中,然后烧结银浆料使其形成镶嵌式的银互连导电网络。