铁电材料由于其铁电、压电和热释电等特性,在非挥发存储器、传感器、非线性光学器件和微机械系统等领域有着非常广泛的应用。近些年,由于器件小型化和集成度越来越高,对铁电材料微纳加工技术的要求也越来越高。如何减少纳米结构加工过程中对铁电薄膜的损伤,保持其良好的性能,是当今微纳加工技术领域的一大挑战。同时纳米结构下铁电材料性质的研究不仅仅对基础理论研究有着重大意义而且也有助于该材料在新的领域的应用开发。目前传统的光学光刻技术和电子束刻蚀技术在纳米结构加工过程中都会对铁电薄膜造成不可忽略的损伤,因此铁电材料新的微纳加工技术亟需被研究与开发。纳米压印是一种新兴的微纳米加工技术。由于其高效、经济、分辨率高等特点近些年得到了较快的发展。本论文主要讲述纳米压印铁电薄膜纳米结构制备工艺,压印后纳米图形下铁电薄膜性能表征,以及其在多位存储、金属银颗粒自组装和生物细胞诱导生长等方面的应用开发。本文绪论部分首先介绍纳米压印技术的各种工艺,纳米压印技术的国内外研究现状,纳米压印技术所面临的挑战；其次简单论述本工作中两种铁电材料锆钛酸铅(PZT)与聚偏氟乙烯三氟乙烯聚合物P(VDF-TrFE)的结构与性质；最后介绍当前纳米压印铁电薄膜的研究现状和不足,进而提出本论文工作的选题依据。本文主体工作部分从纳米压印铁电薄膜PZT工艺研究展开。PZT是目前应用最为广泛的无机铁电材料之一。本文从材料的溶液制备方法出发,描述纳米压印模板制作与表面处理方法,铂金衬底制作方法以及纳米压印PZT薄膜的制造工艺。详细研究不同前／后烘温度对压印结果的影响,并且比较不同压印模板压印的难易度,开发该材料的室温纳米压印技术,通过对工艺流程和参数细致的对比研究,制备出目前尺寸领先于国际水平的PZT纳米线(-60nm)阵列。本文在纳米压印铁电薄膜工艺研究的基础上紧接着对纳米压印铁电薄膜PZT性能进行表征研究。该部分首先简单介绍铁电材料常用的几种表征技术(如XRD、Raman、PFM);对纳米压印后PZT薄膜结晶情况进行表征分析,研究热压印与室温压印对PZT薄膜晶相结构的影响,确定纳米压印PZT薄膜的晶相结构；通过铁电测试仪对压印后PZT薄膜宏观电学性能进行测量,并与未压印的PZT薄膜电学性能进行比较说明纳米压印加工PZT薄膜的可行性；最后利用扫描探针显微技术(PFM)对压印后PZT薄膜在微观尺度上进行电畴表征,研究纳米压印工艺对铁电PZT薄膜电畴分布的影响以及其压电特性。纳米压印技术加工的铁电薄膜在不同领域的应用,本文主要进行以下三个方面的探索研究：首先,纳米结构铁电薄膜材料在多位存储器领域的应用。多位存储是提高单位存储密度十分有效的方式之一,目前存储器的研究主要集中于外围电路设计上,通常需要增加额外的电路集成负担来实现。本论文利用纳米压印技术,首次提出从铁电薄膜纳米结构上导致的矫顽电压差异实现多位存储的想法,矫顽电压大小对应于不同极化状态下铁电薄膜所存储的电荷量。其次,纳米结构铁电薄膜材料在金属银颗粒自组装方面的应用。铁电薄膜电畴极化所产生的电场能驱动体内电子与空穴向不同方向运动,当电子被驱动到PZT薄膜表面时能与溶液中的金属离子如银离子发生反应,从而能将银离子还原成银颗粒,最终在衬底表面形成周期性的金属图形,即铁电光刻技术。由于传统扫描探针技术在执行铁电光刻的局限性,本论文利用纳米压印工艺所形成的铁电薄膜电畴在空间上的有序分布,首次提出利用纳米压印技术进行铁电光刻的想法,实现了金属银颗粒的自组装。相比于传统的利用原子力显微镜进行铁电光刻的耗时长、加工面积小和只适用于实验室研究等缺点,本工作所开发的铁电纳米压印工艺更具有实际应用前景。最后,纳米压印铁电薄膜在生物细胞诱导生长领域的应用。PZT材料不具有生物兼容性,而聚偏氟乙烯三氟乙烯铁电共聚物P(VDF-TrFE)由于不含有铅等有害重金属元素,在生物工程领域具有较大的应用潜力。本文先介绍生物工程研究中常用的几种衬底加工技术；当前P(VDF-TrFE)薄膜上一些生物细胞行为研究,并指出目前该方面研究较多的停留于平整的P(VDF-TrFE)薄膜上面,而表面具有纳米结构的P(VDF-TrFE)薄膜上面的生物细胞行为,如细胞对衬底表面的粘着力、铺成性和细胞增殖性等方面研究鲜有报道。本文利用纳米压印技术加工P(VDF-TrFE)纳米结构,详细研究生物细胞在P(VDF-TrFE)纳米结构上的生长习性；并且通过外加电场极化对P(VDF-TrFE)薄膜表面进行改性,研究生物细胞在表面电荷作用下的选择性吸附生长行为,为P(VDF-TrFE)薄膜进一步在生物医疗领域应用打下基础。