柔性基底表面圖形化組裝納米粒子的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種柔性基底表面圖形化組裝納米粒子的方法，包括以下步驟：將表面潔凈的柔性基底放置在導電板上，將導電模板具有微米或納米柱形陣列結(jié)構的一面放置在柔性基底表面上；以導電模板和導電板作為兩電極，采用直流電源對電極施加電壓將電荷注入到柔性基底表面，取下導電模板，在柔性基底表面形成與導電模板上的微米或納米柱陣列對應的圖形化分布電荷區(qū)域；將柔性基底在懸浮有納米粒子的溶液中浸提，納米粒子在圖形化分布電荷的誘導下，圖形化地組裝在柔性基底的圖形化分布電荷區(qū)域表面。該方法簡便，成本低；可以按照要求設計圖形化分布電荷區(qū)域的形狀。
【專利說明】柔性基底表面圖形化組裝納米粒子的方法
【【技術領域】】
[0001]本發(fā)明屬于微納加工【技術領域】，特別涉及一種柔性基底表面圖形化組裝納米粒子的方法。
【【背景技術】】
[0002]納米粒子的圖形化組裝在許多領域具有重要的應用價值，可直接應用于例如光電子器件、生物醫(yī)療器件、微納氣體傳感器等。目前，納米粒子的組裝主要采用自組裝的方法，如嵌段共聚物自組裝技術。但該技術僅僅能實現(xiàn)局部范圍的精確組裝，而很難在大范圍內(nèi)進行長程有序的納米粒子精確組裝，更不能實現(xiàn)人們需求的、任意圖形結(jié)構的組裝。另一方面，目前針對納米粒子的組裝主要是在硬質(zhì)基底表面，還沒有合適的方法實現(xiàn)納米粒子在柔性基底上的組裝。
【
【發(fā)明內(nèi)容】
】
[0003]本發(fā)明的目的在于提供一種柔性基底表面圖形化組裝納米粒子的方法，該方法利用導電模板來實現(xiàn)柔性基底上納米粒子的精確組裝，使粒子形成任意的微米或納米結(jié)構的圖形化。
[0004]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術方案:
[0005]柔性基底表面圖形化組裝納米粒子的方法，包括以下步驟:將表面潔凈的柔性基底放置在導電板上，將導電模板具有微米或納米柱形陣列結(jié)構的一面放置在柔性基底表面上；以導電模板和導電板作為兩電極，采用直流電源對電極施加電壓將電荷注入到柔性基底表面，取下導電模板，在柔性基底表面形成與導電模板上的微米或納米柱陣列對應的圖形化分布電荷區(qū)域；將柔性基底在懸浮有納米粒子的溶液中浸提，納米粒子在圖形化分布電荷的誘導下，圖形化地組裝在柔性基底的圖形化分布電荷區(qū)域表面。
[0006]優(yōu)選的，所述導電模板為具有微米或納米圓柱陣列結(jié)構的導電模板，微米柱直徑為l-10um、納米柱直徑為10—500nm。
[0007]優(yōu)選的，電荷注入時電源的電壓為5— 3000v，保持時間為10— 1800s。
[0008]優(yōu)選的，所述懸浮有納米粒子的溶液為二氧化硅納米粒子的乙醇懸浮液。
[0009]優(yōu)選的，所用導電模板為一種微納復合結(jié)構模板，其制備方法包括以下步驟:
[0010](1)將鋁薄片清潔干凈；
[0011](2)在清潔的鋁薄片表面涂敷一層光刻膠；
[0012](3)對鋁薄片上的光刻膠進行微圖形化加工，形成光刻膠的微米圖形結(jié)構；
[0013](4)以光刻膠微米圖形結(jié)構為掩膜進行刻蝕，對鋁薄片進行圖形化加工；
[0014](5)去除鋁薄片表面的光刻膠圖形化結(jié)構層，得到的鋁薄片上形成的微米級凸起和凹下結(jié)構，制得微圖形化的鋁薄片；
[0015](6)采用陽極氧化法，將上步得到的微圖形化的鋁薄片作為陽極，以銅或鉑作為陰極，浸沒于電解液中，進行電解，在鋁薄片的微米級凸起和凹下結(jié)構上形成納米級的孔陣列；
[0016](7)將鋁薄片從電解液中取出，清洗干凈即得到具有微納復合結(jié)構的鋁薄片；
[0017](8)采用電鑄法，以步驟(7)中得到的具有微納復合結(jié)構的鋁薄片為母板，在金屬電解液中進行電鑄，形成與鋁薄片上微納復合結(jié)構互補的微納復合結(jié)構模板；
[0018](9)去除鋁薄片母板，得到微納復合結(jié)構模板，其材質(zhì)為金屬。
[0019]優(yōu)選的，所述微納復合結(jié)構模板的微米結(jié)構為凹凸結(jié)構，而納米結(jié)構為凹凸結(jié)構上的納米柱陣列。
[0020]優(yōu)選的，步驟(4)中所述刻蝕為濕法刻蝕或者電解刻蝕。
[0021]優(yōu)選的，步驟(6)中電解液為0.3M的草酸，電解電壓為40V。
[0022]相對于現(xiàn)有技術，本發(fā)明具有以下有益效果:本發(fā)明提供一種柔性基底表面圖形化組裝納米粒子的方法，該方法利用導電板和導電模板對潔凈的柔性基底進行放電，在柔性基底的表面形成與導電模板表面的微米或納米圓柱陣列對應的圖形化分布電荷區(qū)域；然后通過浸提使納米粒子在圖形化分布電荷的誘導下，圖形化地組裝在柔性基底的圖形化分布電荷區(qū)域表面；該方法工藝簡便，成本低；可以按照要求設計圖形化分布電荷區(qū)域的形狀。
【【專利附圖】
【附圖說明】】
[0023]圖1為具有圖形化電荷分布的柔性基底不意圖；
[0024]圖2為涂覆納米粒子溶液后的柔性基底示意圖。
【【具體實施方式】】
[0025]上述利用導電模板來進行柔性基底上納米粒子的組裝，其制造方法包括下列步驟:
[0026](1)將柔性基底1(如市售的聚酰亞胺PI膜)依次、分別放入丙酮、乙醇、去離子水(均為市售)等溶液中，通過超聲的方式(市售的超聲清洗機)對其進行清洗，每次清洗lOmin，使該柔性基底表面潔凈；
[0027](2)將上述的柔性基底放置在導電板(如市售的銅板、鋁板等金屬板或高摻雜硅片)上；
[0028](3)采用具有微米或納米圓柱陣列結(jié)構或其它柱形陣列結(jié)構的導電模板(如市售的高摻雜娃片模板，微米柱直徑可為l-10um、納米柱直徑可為10—500nm)，將導電模板具有柱形陣列結(jié)構的一面放置在上述的柔性基底表面上；
[0029](4)以導電模板和導電板作為兩電極，采用直流電源(如市售的直流電源)對電極施加電壓(電壓可為5— 3000v)，并保持一段時間(時間可為10— 1800s)將電荷注入到柔性基底表面；
[0030](5)終止施加電壓并取下電源和導電模板。此時，柔性基底表面將具有與導電模板上的微米或納米圓柱陣列對應的圖形化分布電荷區(qū)域2 (微米圓點陣列或納米圓點陣列)。
[0031](6)將具有圖形化電荷的柔性基底浸入懸浮有納米粒子的溶液(如市售二氧化硅納米粒子的乙醇懸浮液)中，然后緩慢提升，納米粒子4( 二氧化硅納米粒子)將在圖形化分布電荷的誘導下，圖形化地組裝在柔性基底(PI膜)的圖形化分布電荷區(qū)域表面。從圖2中可看到，由于納米粒子趨向于集中在圖形化分布電荷區(qū)域2，而遠離未分布電荷區(qū)域3，從而可實現(xiàn)納米粒子在柔性基底的圖形化分布。
【權利要求】
1.柔性基底表面圖形化組裝納米粒子的方法，其特征在于，包括以下步驟:將表面潔凈的柔性基底放置在導電板上，將導電模板具有微米或納米柱形陣列結(jié)構的一面放置在柔性基底表面上；以導電模板和導電板作為兩電極，采用直流電源對電極施加電壓將電荷注入到柔性基底表面，取下導電模板，在柔性基底表面形成與導電模板上的微米或納米柱陣列對應的圖形化分布電荷區(qū)域；將柔性基底在懸浮有納米粒子的溶液中浸提，納米粒子在圖形化分布電荷的誘導下，圖形化地組裝在柔性基底的圖形化分布電荷區(qū)域表面。
2.根據(jù)權利要求1所述的柔性基底表面圖形化組裝納米粒子的方法，其特征在于，所述導電模板為具有微米或納米圓柱陣列結(jié)構的導電模板，微米柱直徑為Ι-lOum、納米柱直徑為 10— 500nm。
3.根據(jù)權利要求1所述的柔性基底表面圖形化組裝納米粒子的方法，其特征在于，電荷注入時電源的電壓為5— 3000v，保持時間為10— 1800s。
4.根據(jù)權利要求1所述的柔性基底表面圖形化組裝納米粒子的方法，其特征在于，所述懸浮有納米粒子的溶液為二氧化硅納米粒子的乙醇懸浮液。
【文檔編號】B81C1/00GK104445053SQ201410842056
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年12月30日 優(yōu)先權日:2014年12月30日
【發(fā)明者】葉向東, 蔡安江, 閆洪華 申請人:西安建筑科技大學