一種單層密排納米微球陣列的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本發(fā)明涉及納米微球，尤其是涉及一種單層密排納米微球陣列的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]納米粒子由于具有與體材料截然不同的體積效應(yīng)、表面效應(yīng)、量子尺寸效應(yīng)及量子隧道效應(yīng)，能夠廣泛應(yīng)用到催化、降解、傳感、醫(yī)療、發(fā)光、信息存儲(chǔ)和傳遞等眾多領(lǐng)域(參考文南犬l:Nie Z,Petukhova A,Eugenia K,Properties and emerging applicat1ns ofself-assembled structures made from inorganic nanoparticles[J].NatureNanotechnology,2010,5:15-25；2:Petros R A and Desimone J M,Strategies in thedesign of nanoparticles for therapeutic applicat1ns[J].Nature Reviews DrugDiscovery 2010，9，615_627)。但是，單個(gè)納米粒子的功能非常有限，本身信號(hào)非常微弱，在應(yīng)用上通常采取多個(gè)粒子的整體效應(yīng)，人們相應(yīng)地提出了許多制備這種納米粒子的技術(shù)，以及令這些納米粒子按一定規(guī)則排列成二維納米陣列結(jié)構(gòu)的方法，如電子束刻蝕法、光刻蝕法、X射線刻蝕法、納米球刻蝕法等(參考文獻(xiàn)3:Velev 0 D and Gupta S ,Materialsfabricated by micro—and nanoparticle assembly-the challenging path fromscience to engineering[J].Advance Materials 2009,21,1897-1905；4:Haynes C Land Van Duyne R P,Nanosphere lithography:A versatile nanofabricat1n tool forstudies of size-dependent nanoparticle optics[J].The Journal of Physics andChemistry B 2001，105(24): 5599-5611)。相比于其它方法，納米球刻蝕法不須使用昂貴復(fù)雜的設(shè)備，操作簡(jiǎn)單、效率高、能夠大面積制備納米顆粒陣列，是當(dāng)前納米技術(shù)應(yīng)用的熱點(diǎn)。
[0003]應(yīng)用納米球刻蝕法制備二維納米粒子陣列，其關(guān)鍵步驟是納米微球模板層的排列，它是決定納米粒子形狀、結(jié)構(gòu)和排列規(guī)律的主要因素。至今廣泛應(yīng)用的納米微球模板層制備方法有滴涂法、旋涂法和浮撈法(參考文獻(xiàn)5:Ye X Z and Qi L M,Recent advancesin fabricat1n of monolayer colloidal crystals and their inverse replicas[J].Science China Chemistry 2014，57( 1):58-69)。滴涂法是把納米微球液滴直接滴到基片上，再讓基片傾斜，由于重力的作用液滴擴(kuò)散到基片上;該方法雖然能夠獲得單層密排的納米微球陣列模板，但這些模板一般以長(zhǎng)條形結(jié)構(gòu)出現(xiàn)，條形寬度大概在幾個(gè)微米到十幾微米，很難形成大面積單層密排結(jié)構(gòu)。旋涂法是把帶有納米微球液滴的基片固定在旋涂?jī)x上，啟動(dòng)旋涂?jī)x使納米微球離心分散到基片表面;該方法納米微球一般分離得非常散，很難獲得密排陣列。浮撈法也稱自組織法，是把納米微球滴到液體表面，讓液體的表面張力和表面活性劑的作用使納米微球單層密排，再把基片從密排模板層下?lián)瞥?，使模板層覆蓋到基片上;該方法可以獲得較大面積的單層密排納米微球模板，最佳可以達(dá)到整個(gè)液面，但這模板面的均勻性與浮撈技術(shù)密切相關(guān)。目前浮撈法采用的設(shè)備是提拉機(jī)，也稱提拉涂膜機(jī)、垂直提拉機(jī)、浸漬提拉鍍膜機(jī)等。它們的原理是利用電機(jī)把基片按設(shè)定速率從密排模板層下提拉上來(lái)。普通提拉機(jī)一般在1萬(wàn)元人民幣左右，我們調(diào)研的報(bào)價(jià)是6千到4萬(wàn)。除價(jià)格貴外，提拉時(shí)電機(jī)的擾動(dòng)很容易破壞模板層的密排結(jié)構(gòu)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的旨在提供一種單層密排納米微球陣列的制備方法。
[0005]本發(fā)明包括以下步驟:
[0006]1)搭建單層密排納米微球陣列制備裝置，所述裝置設(shè)有漏斗、漏斗輸出管、可控流量閥門(mén)、容器、托架、漏斗支架、第一基片夾、第二基片夾、第二基片夾支架，漏斗輸出管與漏斗的出口連接，可控流量閥門(mén)設(shè)在漏斗輸出管的下部，容器設(shè)在漏斗輸出管的下方，托架的一端套在漏斗上，托架的另一端固定在漏斗支架上，第一基片夾固定在漏斗的漏斗口邊緣，第二基片夾的一端固定在第二基片夾支架上;關(guān)閉可控流量閥門(mén)，往漏斗內(nèi)灌注去離子水；
[0007]2)將第一基片放置在第一基片夾上，并把第一基片7鑲住到漏斗口邊緣;將第二基片放置在第二基片夾上，并把第二基片夾鑲住到第二基片夾支架上;第一基片和第二基片處理成親水性的；將第一基片正面朝上，所述第一基片正面的1/3面積左右沉浸在漏斗內(nèi)的去離子水中，第一基片正面與去離子水液面的夾角呈20?30度;將第二基片正面朝上且全部沉浸在漏斗內(nèi)的去離子水中，并遠(yuǎn)離第一基片，第二基片正面與去離子水液面夾角呈2?5度，第二基片頂部離去離子水液面0.5?1.0cm;
[0008]3)將納米微球混合液涂在第一基片上，利用第一基片的傾角讓納米微球轉(zhuǎn)移到去離子水表面;再將表面活性劑滴進(jìn)去離子水液面上沒(méi)有納米微球聚集的液體表面，以驅(qū)使納米微球密排；
[0009]4)平移第二基片夾支架讓第二基片移到納米微球密排面正下方，再旋轉(zhuǎn)可控流量閥門(mén)，讓漏斗內(nèi)的去離子水以不超過(guò)45yL/min的流速流進(jìn)容器，漏斗內(nèi)的去離子水液面的下沉將使納米微球陣列覆蓋到第二基片表面；
[0010]5)對(duì)第二基片表面的納米微球陣列再次處理，當(dāng)液面脫離第二基片后，把第二基片取出烘干，讓納米微球之間的水汽蒸發(fā)，產(chǎn)生毛細(xì)管力使納米微球進(jìn)一步緊密靠攏，得單層密排納米微球陣列。
[0011]在步驟1)中，所述往漏斗內(nèi)灌注去離子水最好灌至去離子水液面離漏斗寬口邊緣1 ?2cm0
[0012]在步驟2)中，所述第一基片可選自玻片、硅片等任意平滑基片;所述第二基片可選自玻片、硅片等任意平滑基片。
[0013]在步驟3)中，所述將納米微球混合液涂在第一基片上可利用移液槍吸取納米微球混合液并滴涂到第一基片上;所述將表面活性劑滴進(jìn)去離子水液面上可用移液槍吸取表面活性劑滴進(jìn)液面上;所述納米微球可根據(jù)陣列要求選自聚苯乙烯(PS)球、聚甲基丙烯酸甲醋球、二氧化娃球、二氧化鈦球等中的至少一種;該納米微球在溶液里按一定質(zhì)量濃度比混合均勻，體積根據(jù)液面面積及所采用的基片面積調(diào)整;所述表面活性劑可選自十二烷基硫酸鈉、十二烷基苯磺酸鈉、脂肪酸甘油酯、氨基酸、硬脂酸等中的至少一種。
[0014]在步驟5)中，所述再次處理可采用退火爐對(duì)第二基片表面的納米微球陣列再次處理;所述當(dāng)液面脫離第二基片后最好是當(dāng)液面脫離第二基片的時(shí)間為lOmin后;所述烘干可將第二基片的正面朝上放置在退火爐內(nèi)烘干。
[0015]本發(fā)明可利用掃描電子顯微鏡等測(cè)試手段對(duì)制備的單層密排納米微球陣列結(jié)構(gòu)進(jìn)行表征。
[0016]本發(fā)明利用搭建的單層密排納米微球陣列制備裝置，把基片按一定位置和方向安置到裝置中，通過(guò)水的浮力和表面活性劑的作用讓納米微球單層密排在水面上，緩慢平移一套裝有待排列納米微球陣列的第二基片夾支架，將第二基片置于水面單層密排納米微球區(qū)域的正下方，再緩慢排水以讓納米微球陣列轉(zhuǎn)移到基片表面，并通過(guò)退火以讓納米微球陣列密排在基片上。
[0017]與普通提拉機(jī)相比，本發(fā)明采用的單層密排納米微球陣列制備裝置成本低廉(總體不超過(guò)人民幣50元)、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作簡(jiǎn)便、對(duì)液面擾動(dòng)更小，更容易形成大面積單層密排納米微球陣列。所形成的納米微球陣列除了本身二維結(jié)構(gòu)特性應(yīng)用，還可作為納米微球模板用于制備更精細(xì)結(jié)構(gòu)的大面積二維納米球殼陣列、二維納米顆粒陣列及二維異質(zhì)結(jié)納米薄層陣列，非常適用于納米科學(xué)、納米加工工程等領(lǐng)域。
[0018]本發(fā)明特別適用于制作納米微球模板用于制備更精細(xì)結(jié)構(gòu)的大面積二維納米球殼陣列、二維六方密排三角形結(jié)構(gòu)的納米顆粒陣列及異質(zhì)結(jié)納米薄層陣列等納米科學(xué)和納米技術(shù)領(lǐng)域。
【附圖說(shuō)明】
[0019]圖1為本發(fā)明所述單層密排納米微球陣列制備裝置實(shí)施例的結(jié)構(gòu)組成圖。
[0020]圖2為實(shí)施例1的單層密排聚苯乙烯球(直徑360nm)平鋪于硅片的掃描電鏡圖。
[0021]圖3為實(shí)施例2的單層密排聚苯乙烯球(直徑360nm)平鋪于玻片的掃描電鏡圖。
[0022]圖4為實(shí)施例2中移除單層密排聚苯乙烯球(直徑360nm)后金納米顆粒陣列平鋪于玻片的掃描電鏡圖。
[0023]圖5為實(shí)施例3的單層密排聚苯乙烯球(直徑530nm)平鋪于玻片的掃描電鏡圖。
【具體實(shí)施方式】
[0024]以下實(shí)施例將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說(shuō)明，但不限制本發(fā)明申請(qǐng)請(qǐng)求保護(hù)的范圍。