專利名稱：一種石英微針陣列尖端球殼微結(jié)構(gòu)及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種石英微針陣列尖端球殼微結(jié)構(gòu)及其制備方法，屬于材料微結(jié)構(gòu)及其制備技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
新型微結(jié)構(gòu)將激發(fā)新的功能和性能，并在生物、光學(xué)、光電、信息等領(lǐng)域等各個(gè)領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)應(yīng)用。在石英微針陣列(中國(guó)專利ZL 200710134575. 2)的尖端引入各種材料的球體微結(jié)構(gòu)，可以在許多領(lǐng)域獲得應(yīng)用。例如，由于纖細(xì)的石英微針可以做到從幾個(gè)微米均勻收縮到尖端幾十個(gè)納米的針形，如果在其尖端制備一個(gè)直徑幾百個(gè)納米到幾個(gè)微米的微球， 則可形成一個(gè)力學(xué)的諧振系統(tǒng)，可用于微納力學(xué)的研究與應(yīng)用。如果在針形尖端的微球材料是電或磁響應(yīng)的，則這一系統(tǒng)中單個(gè)微球或者微球與微球?qū)﹄妶?chǎng)、磁場(chǎng)響應(yīng)的特性也可應(yīng)用于電或磁器件中。目前，石英微針陣列尖端球殼微結(jié)構(gòu)的制備是一個(gè)技術(shù)難點(diǎn)，需要尋求新的制備技術(shù)與方法獲得石英微針陣列尖端球殼微結(jié)構(gòu)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種石英微針陣列尖端球殼微結(jié)構(gòu)，使該微結(jié)構(gòu)材料可以在生物、光學(xué)、光電、信息等領(lǐng)域獲得廣泛應(yīng)用。本發(fā)明的另一目的是提供該微結(jié)構(gòu)材料的制備方法。為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下
一種石英微針陣列尖端球殼微結(jié)構(gòu)，由石英微針陣列和位于微針尖端上的球殼組成； 所述微針底端的直徑為2-200 μ m，所述球殼為實(shí)心或空心的。所述球殼材料為有機(jī)、無(wú)機(jī)或金屬材料中的一種或幾種組合。本發(fā)明所述的石英微針陣列尖端球殼微結(jié)構(gòu)的制備方法，包括以下步驟
(1)在底端直徑為2 200μ m的石英微針陣列尖端表面通過(guò)噴涂、浸漬、浸蘸、旋涂等方法或其組合，包覆一層50nm 50 μ m厚度的聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚苯乙烯(PS)或松香等被有機(jī)溶劑溶解或加熱后粘度小的聚合物薄膜；
(2)將包覆聚合物的石英微針陣列通過(guò)熱熔、溶劑蒸汽處理或其組合的方法處理使聚合物在微針尖端形成球形微結(jié)構(gòu)；
(3)將該球形微結(jié)構(gòu)表面通過(guò)化學(xué)鍍、電鍍、溶膠凝膠法、濺射、涂覆、或以上方法任意組合，包覆一層厚度為IOnm 50 μ m的有機(jī)、無(wú)機(jī)或金屬薄膜，即得石英微針陣列尖端實(shí)心球殼微結(jié)構(gòu)；
(4)通過(guò)溶劑浸泡或灼燒等方法去除殼層內(nèi)部的聚合物材料，即得石英微針陣列尖端空心球殼微結(jié)構(gòu)。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其顯著優(yōu)點(diǎn)是(1)可獲得新型的石英微針陣列尖端球殼微結(jié)構(gòu)；(2)成本低廉，無(wú)需大型儀器，工藝簡(jiǎn)單可靠。


圖1是本發(fā)明石英微針陣列尖端球殼微結(jié)構(gòu)的制備示意圖。其中，步驟1)石英微針陣列尖端包覆聚合物；步驟2)適當(dāng)條件處理使聚合物形成球形；步驟3)球體表面進(jìn)行包覆；步驟4)去除球殼內(nèi)部聚合物。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的描述。本實(shí)施例中使用的石英微針陣列是利用專利ZL20071 0134575. 2中描述的方法制得的。實(shí)施例1 在直徑為10 μ m的石英微針陣列尖端表面浸蘸包覆一層1 μ m厚度的松香，然后在110°C進(jìn)行熱處理，聚合物即在微針尖端形成球形微結(jié)構(gòu)。然后將該球形微結(jié)構(gòu)表面濺射一層銀薄膜，即得石英微針陣列尖端實(shí)心銀球殼微結(jié)構(gòu)；或者通過(guò)乙醇浸泡去除殼層內(nèi)部的松香，即得石英微針陣列尖端空心銀球殼微結(jié)構(gòu)。實(shí)施例2 在直徑為2 μ m的石英微針陣列尖端表面通過(guò)浸漬包覆一層50nm厚度的松香，然后在130°C進(jìn)行熱處理，聚合物即在微針尖端形成球形微結(jié)構(gòu)。后將該球形微結(jié)構(gòu)表面濺射一層厚度為IOnm的金薄膜，即得石英微針陣列尖端金實(shí)心球殼微結(jié)構(gòu)；或者通過(guò)丙酮浸泡去除殼層內(nèi)部的松香，即得石英微針陣列尖端空心金球殼微結(jié)構(gòu)。實(shí)施例3 在直徑為200 μ m的石英微針陣列尖端表面旋涂包覆一層50 μ m厚度的聚甲基丙烯酸甲酯，三氯甲烷蒸汽處理使聚合物在微針尖端形成球形微結(jié)構(gòu)。將該球形微結(jié)構(gòu)表面通過(guò)溶膠凝膠法制備一層厚度為50 μ m的二氧化硅薄膜，即得石英微針陣列尖端二氧化硅實(shí)心球殼微結(jié)構(gòu)；或者400°C煅燒去除殼層內(nèi)部的聚甲基丙烯酸甲酯，即得石英微針陣列尖端二氧化硅空心球殼微結(jié)構(gòu)。實(shí)施例4 在直徑為125 μ m的石英微針陣列尖端表面通過(guò)浸蘸包覆一層IOnm 50 μ m厚度的聚苯乙烯(PS)，通過(guò)熱熔處理使聚合物在微針尖端形成球形微結(jié)構(gòu)。將該球形微結(jié)構(gòu)表面通過(guò)化學(xué)鍍包覆一層厚度為10 μ m的鎳金屬薄膜，即得石英微針陣列尖端鎳實(shí)心球殼微結(jié)構(gòu)；或者通過(guò)溶劑浸泡去除殼層內(nèi)部的聚苯乙烯，即得石英微針陣列尖端鎳空心球殼微結(jié)構(gòu)。實(shí)施例5 在直徑為40μπι的石英微針陣列尖端表面通過(guò)浸漬包覆一層5μπι厚度的聚甲基丙烯酸甲酯(ΡΜΜΑ)，通過(guò)三氯甲烷蒸汽處理使聚合物在微針尖端形成球形微結(jié)構(gòu)。將該球形微結(jié)構(gòu)表面通過(guò)電鍍包覆一層厚度為2 μ m的鉻金屬薄膜，即得石英微針陣列尖端鉻實(shí)心球殼微結(jié)構(gòu)；或者通過(guò)三氯甲烷浸泡去除殼層內(nèi)部的聚甲基丙烯酸甲酯，即得石英微針陣列尖端鉻空心球殼微結(jié)構(gòu)。實(shí)施例6 在直徑為30 μ m的石英微針陣列尖端表面通過(guò)浸漬包覆一層5 μ m厚度的聚乙二醇，通過(guò)110°C熱處理使其在微針尖端形成球形微結(jié)構(gòu)。將該球形微結(jié)構(gòu)表面通過(guò)浸漬聚甲基丙烯酸甲酯甲苯溶液的方式包覆一層厚度為2μπι的聚甲基丙烯酸甲酯，即得石英微針陣列尖端聚甲基丙烯酸甲酯實(shí)心球殼微結(jié)構(gòu)；或者通過(guò)水中浸泡去除殼層內(nèi)部的聚乙二醇，即得石英微針陣列尖端聚甲基丙烯酸甲酯空心球殼微結(jié)構(gòu)。實(shí)施例7 在直徑為8 μ m的石英微針陣列尖端表面通過(guò)旋涂包覆一層1 μ m厚度的聚苯乙烯(PS)，通過(guò)三氯甲烷蒸汽處理使聚合物在微針尖端形成球形微結(jié)構(gòu)。將該球形微結(jié)構(gòu)表面通過(guò)溶膠凝膠法包覆一層厚度為2 μ m的二氧化鈦薄膜，即得石英微針陣列尖端二氧化鈦實(shí)心球殼微結(jié)構(gòu)；或者通過(guò)400°C灼燒去除殼層內(nèi)部的聚苯乙烯，即得石英微針陣列尖端二氧化鈦空心球殼微結(jié)構(gòu)。
權(quán)利要求
1.一種石英微針陣列尖端球殼微結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述石英微針陣列尖端球殼微結(jié)構(gòu)由石英微針陣列和位于微針尖端上的球殼組成；所述微針底端的直徑為2-200μπι，所述球殼為實(shí)心或空心的。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種石英微針陣列尖端球殼微結(jié)構(gòu)，其特征是，所述球殼材料為有機(jī)、無(wú)機(jī)或金屬材料中的一種或幾種組合。
3.一種制備如權(quán)利要求1所述微結(jié)構(gòu)的方法，其特征是，所述方法包括以下步驟(1)在底端直徑為2 200μ m的石英微針陣列尖端表面包覆一層50nm 50 μ m厚度的聚合物薄膜；(2)將包覆聚合物的石英微針陣列在適當(dāng)條件下處理使聚合物在微針尖端形成球形微結(jié)構(gòu)；(3)將該球形微結(jié)構(gòu)表面包覆一層厚度為IOnm 50μ m的有機(jī)、無(wú)機(jī)或金屬薄膜，即得石英微針陣列尖端實(shí)心球殼微結(jié)構(gòu)；(4)通過(guò)溶劑浸泡或灼燒等方法去除殼層內(nèi)部的聚合物材料，即得石英微針陣列尖端空心球殼微結(jié)構(gòu)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的石英微針陣列尖端球殼微結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征是步驟 (1)中所述的包覆采用噴涂、浸漬、浸蘸或旋涂方法中的一種或幾種的組合。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的石英微針陣列尖端球殼微結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征是步驟(1)中所述的聚合物薄膜的材料為被有機(jī)溶劑溶解或加熱后粘度小的聚合物。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的石英微針陣列尖端球殼微結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征是所述聚合物采用聚甲基丙烯酸甲酯、聚苯乙烯或松香。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的石英微針陣列尖端球殼微結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征是步驟(2)中所述的適當(dāng)條件為熱熔、溶劑蒸汽處理、或以上方法的組合。
8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的石英微針陣列尖端球殼微結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征是步驟(3)中所述的包覆方法為化學(xué)鍍、電鍍、溶膠凝膠法、濺射、涂覆、或以上方法的任意組合。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種石英微針陣列尖端球殼微結(jié)構(gòu)及其制備方法，該石英微針陣列尖端球殼微結(jié)構(gòu)由石英微針陣列、位于微針的尖端的球殼組成；微針直徑2-200μm，球殼為實(shí)心或空心。其制備方法包括以下步驟在石英微針尖端表面包覆一層聚合物薄膜；然后在適當(dāng)條件下處理使聚合物薄膜在微針尖端形成球形微結(jié)構(gòu)；將該球形微結(jié)構(gòu)表面包覆一層有機(jī)、無(wú)機(jī)或金屬薄膜，即得石英微針陣列尖端實(shí)心球殼微結(jié)構(gòu)；通過(guò)溶劑浸泡或灼燒等方法去除殼層內(nèi)部的聚合物材料，即得石英微針陣列尖端空心球殼微結(jié)構(gòu)。本發(fā)明結(jié)構(gòu)新穎，制備簡(jiǎn)單，可在生物、光學(xué)、光電、信息等領(lǐng)域獲得應(yīng)用。
文檔編號(hào)B81C1/00GK102336387SQ201110304710
公開(kāi)日2012年2月1日 申請(qǐng)日期2011年10月10日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月10日
發(fā)明者盧明輝, 葛海雄, 袁長(zhǎng)勝, 陳延峰 申請(qǐng)人:無(wú)錫英普林納米科技有限公司