一種二維膠體晶體薄膜的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種二維膠體晶體薄膜及其制備方法，屬于膠體晶體及其制備技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來(lái)膠體科學(xué)的發(fā)展推動(dòng)了高度單分散膠體顆粒(二氧化硅或聚合物)的合成。單分散的膠體顆粒在適當(dāng)?shù)臈l件下可以自組裝成二維和三維膠體晶體。由于膠體晶體在光子晶體、微成形、傳感器、磁儲(chǔ)存、光電調(diào)制和激光技術(shù)等方面具有廣泛應(yīng)用，而引起越來(lái)越多研究者的興趣，成為重要的多學(xué)科交叉研究課題。
[0003]與由多層有序微球構(gòu)成的三維膠體晶體相比，二維膠體晶體一般是指具有單層有序結(jié)構(gòu)的自組裝，自組裝二維膠體晶體一般是將膠體微球在平面襯底或者水氣界面上發(fā)生自組裝生成。通過(guò)膠體晶體自組裝技術(shù)與微納米加工技術(shù)相結(jié)合，二維膠體晶體已被用來(lái)作為掩膜或模板進(jìn)行蒸發(fā)、沉積、刻蝕和印跡等。
[0004]文南犬Fabricat1n of Large-Area Two-Dimens1nal Colloidal Crystals中提出了一種在水氣界面上制備二維膠體薄膜的方法，將膠體乳液通過(guò)機(jī)械栗的作用，從針尖注射到液面上，然后膠體微球緩慢擴(kuò)散至水面，由于膠體微球間存在的毛細(xì)管力和靜電斥力的作用，膠體微球在水氣界面發(fā)生自組裝形成二維膠體晶體薄膜，再將薄膜轉(zhuǎn)移至襯底。但該方法中需要專業(yè)的液栗，不夠經(jīng)濟(jì)便利，而如果用人工注射替代機(jī)械栗注射，注射時(shí)存在不連續(xù)、不均勻和不穩(wěn)定性，且無(wú)法準(zhǔn)確控制膠體微球乳液用量，直接影響膠體微球的成膜。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為了解決上述問(wèn)題，本發(fā)明的目的是，提供了一種便利的二維膠體晶體薄膜制備方法，利用重力作用代替機(jī)械栗注射方式。
[0006]本發(fā)明所提供的一種二維膠體晶體薄膜的制備方法，包括如下步驟:
[0007]I)將130_3000nm的膠體微球用醇水溶液分散，得到膠體乳液a;
[0008]2)取培養(yǎng)皿置于磁力攪拌器臺(tái)面上，放入清洗過(guò)的襯底上，將轉(zhuǎn)子放在襯底上面，培養(yǎng)皿中倒入去離子水，將限制框小心鋪設(shè)在去離子水液面上;打開(kāi)磁力攪拌器，調(diào)至一定的轉(zhuǎn)速，使限制框內(nèi)的液面產(chǎn)生一個(gè)微小的漩渦；
[0009]3)用注射器吸取一定量預(yù)先配制好的膠體乳液a，并用燒瓶夾將其固定在鐵架臺(tái)上，并將其調(diào)至預(yù)定的高度;預(yù)先調(diào)整好注射器針頭切面的方向；除去注射器針筒中的氣泡;并避免膠體乳液提前流出；
[0010]4)將注射器轉(zhuǎn)移到去離子水液面上端，轉(zhuǎn)動(dòng)燒瓶夾，使針頭切面與去離子水液面接觸并保持一定的夾角，膠體乳液便從針管中自行流出，并在限制框內(nèi)的去離子水液面上鋪設(shè)成膠體晶體薄膜；
[0011]5)待膠體微球鋪滿去離子水液面時(shí)，撤離針管，提高轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速，保持20 ± 5分鐘，使膠體乳液在去離子水液面形成膠體晶體薄膜受到充足的攪拌；
[0012]6)關(guān)閉攪拌器，待漩渦消失，去離子水液面恢復(fù)平靜，用吸管在膠體晶體薄膜的邊緣滴加少量表面活性劑水溶液；
[0013]7)將轉(zhuǎn)子移出限制框的范圍，并轉(zhuǎn)移出培養(yǎng)皿，然后利用虹吸效應(yīng)將水溶液移除，使膠體晶體薄膜落到襯底表面；
[0014]8)將培養(yǎng)皿置于40±5°C烘箱中干燥后，載玻片表面即得所述二維膠體晶體薄膜。
[0015]步驟I)中，所述膠體微球?yàn)榫酆衔锬z體微球或二氧化硅膠體微球;所述膠體微球的粒徑130nm?3000nmo
[0016]步驟I)中，利用超聲對(duì)所述膠體乳液a進(jìn)行超聲;所述超聲的能量為120J?180J，所述超聲的時(shí)間為1分鐘?20分鐘。
[0017]步驟2)中，所述清洗包括如下步驟:將所述玻璃片用清水沖洗，然后置于丙酮溶液中，經(jīng)超聲處理后用乙醇清洗，然后經(jīng)干燥即可;所述超聲處理的能量為120J?180J，所述超聲處理的時(shí)間為10分鐘?20分鐘。
[0018]步驟2)中，所述的注射器為容量為ml的一次性醫(yī)用注射器;所述玻璃片的面積為2?1cm2;所述混合液a的體積為0.2ml?0.5mI ；所述擴(kuò)散時(shí)間為2分鐘?4分鐘。所述限制框?yàn)?內(nèi)徑8cm,外徑9cm,厚I?3mm的聚四氟乙稀圓環(huán)。所述的磁力攪拌器驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速大小足夠攪動(dòng)限制框內(nèi)的液面的漩渦;但又不足以使其產(chǎn)生明顯的凹陷。
[0019]步驟4)中，所述的針頭切面與水液面接觸并保持一定的夾角，夾角的大小:10度?80度ο
[0020]步驟5)中，所述的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速大小能使液面產(chǎn)生明顯的凹陷的漩渦;但又不至于破壞漩渦的穩(wěn)定性。
[0021 ]步驟6)中，所述表面活性劑水溶液中，所述表面活性劑為十二烷基硫酸鈉;所述表面活性劑水溶液的質(zhì)量百分濃度I %?5%，用量0.001?2ml。
[0022]所述襯底為載玻片、硅片、藍(lán)寶石襯底、II1-V族材料基底、聚合物基底或金屬基底。
[0023]有益效果:本發(fā)明提供的制備方法中，利用重力作用可實(shí)現(xiàn)膠體乳液緩慢、均勻、連續(xù)地滴加，從而得到晶體質(zhì)量更好(均勻致密、排列有序)的二維膠體晶體薄膜；另一方面，用注射器自動(dòng)滴加的方式代替人工手動(dòng)滴加，可以有效地節(jié)省人力，同時(shí)，也能夠使效率大大提高，產(chǎn)量增加。這些為將來(lái)實(shí)現(xiàn)膠體晶體在納米技術(shù)領(lǐng)域的產(chǎn)業(yè)應(yīng)用提供了一種有效的途徑。
【附圖說(shuō)明】
[0024]圖1為實(shí)施例1制備的二維膠體晶體薄膜的顯微鏡照片。
[0025]圖2為實(shí)施例2制備的二維膠體晶體薄膜的顯微鏡照片。
【具體實(shí)施方式】
[0026]下述實(shí)施例中所使用的實(shí)驗(yàn)方法如無(wú)特殊說(shuō)明，均為常規(guī)方法。
[0027]本專利所用材料、試劑等，如無(wú)特殊說(shuō)明，均可從商業(yè)途徑得到。
[0028]實(shí)施例1、利用連續(xù)的重力驅(qū)動(dòng)裝置注射粒徑為1200nm的聚苯乙烯膠體微球，在水氣界面自組裝制備二維膠體晶體薄膜:
[0029](I)首先制備聚苯乙烯膠體微球:在氮?dú)獗Ｗo(hù)下，以250ml去離子水作為分散介質(zhì)，將25ml苯乙烯(乳液聚合物單體)和0.125g偶氮二異丁腈加入裝有機(jī)械攪拌器和回流冷凝管的500ml三口瓶中，在60°C的水浴中進(jìn)行無(wú)皂乳液聚會(huì)，機(jī)械攪拌速度為300r/min，反應(yīng)24h后，得到粒徑為1200nm的聚苯乙烯膠體微球的乳白乳液，該聚苯乙烯膠體微球粒徑的標(biāo)準(zhǔn)偏差小于3%;
[0030](2)用等體積比的乙醇和水的溶液將膠體微球分散，得到膠體乳液a;
[0031](3)取培養(yǎng)皿置于磁力攪拌器臺(tái)面上，放入清洗過(guò)的襯底，將轉(zhuǎn)子放在襯底上面，倒入500ml去離子水，將聚四氟乙烯限制框鋪設(shè)在液面上；打開(kāi)磁力攪拌器，調(diào)至一定的轉(zhuǎn)速，使限制框內(nèi)的液面產(chǎn)生一個(gè)微小的漩渦；
[0032](4)用注射器吸取一定量預(yù)先配制好的膠體乳液a，并用燒瓶夾將其固定在鐵架臺(tái)上，并將其調(diào)至預(yù)定的高度;拔去活塞，用洗耳球除去針筒中的氣泡，并使注射器保持近似水平，避免膠體乳液提前流出；
[0033](5)將注射器轉(zhuǎn)移到水液面上端，轉(zhuǎn)動(dòng)燒瓶夾，使針頭與水液面接觸并保持一定的夾角，膠體乳液便從針管中自行流出，并在限制框內(nèi)的水液面上鋪設(shè)成膜；
[0034](6)待微球鋪滿液面時(shí)，撤離