[发明专利]一种液面漩涡法组装大面积有序微球模板的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种二维有序微球模板的制备方法，具体涉及一种液面漩涡 法组装大面积有序微球模板的制备方法。

背景技术

二维有序模板由于其特有的结构而具有很高的应用价值，已广泛应用到 催化、光电子信息技术等领域，目前的模板技术主要包括AAO模板、光刻 技术、电子束刻蚀技术以及微球模板技术等。微球模板技术是近十年来发展 起来的一种相对经济、方便且实用的模版技术，模板的线宽仅与所使用微球 的粒径有关，可以达到纳米级。报道用来获得二维有序聚合物模板的制备方 法主要包括重力沉降法、垂直沉积法、物理强制法以及界面成膜等方法。

(1)重力沉降法：重力场作用下的沉积作用实现胶体微球排列是最简 单方便的微球模板制备方法。它从本质上包含了重力场下的沉淀、扩散运动 (布朗运动)和结晶(成核和核生长过程)等相对复杂的过程。其关键的控 制因素是调节胶体微球的尺寸、密度以及沉积速率等。在一般情况下，只要 胶体微球尺寸和密度足够大就能在重力作用下排列成胶体晶体。由于在重力 场作用下的沉积过程要足够慢，微球才会沉积出来并且完成从无序到有序的 相转变而形成最终的有序阵列。因而该方法制备胶体晶体的时间一般较长， 通常需要数周乃至数月才能将亚微米级的胶体微粒完全沉淀下来形成有序 的胶体晶体。而当胶体微球尺寸较小(小于0.5μm)或密度与分散剂接近 时体系有分散与沉积的平衡态，会导致形成胶体晶体更困难或时间更长。

(2)垂直沉积法：这种方法利用溶剂挥发和毛细作用(或表面张力) 使胶体微球形成有序的胶体晶体，制备的胶体晶体膜厚能从一层到几十层且 可以通过微球浓度和膜形成速度(或提拉速度)来控制。这种方法制备的胶 体晶体的(111)晶面与基底平行，并且单晶区可以延伸到厘米，因此垂直 沉积法是一种制备高质量，均匀的大面积胶体晶体的常用方法。然而由于微 球粒径更大时，胶体粒子的沉降过程快于溶剂的挥发过程，因此这种方法被 认为只适用于较轻且粒径小于400nm的微球。不仅如此，该方法对环境因 素影响十分敏感，环境温度和湿度都将直接影响溶剂的蒸发速率(即膜的形 成速率)，因此该方法不是一种稳定可控便捷的微球排列方法。

(3)物理强制法：Xia等人利用物理限制方法制备了高质量的胶体晶 体，在超声条件下胶体微粒的液相分散体系被注入到一个液样池中，该池是 由两个玻璃基底和在一个基底上用光刻胶而制得模板框架构成。框架的一边 有光刻的通道使溶剂可以流出而限制微球流出。由于球的直径大于槽的高 度，微球被留在池中并在N₂流作用和超声作用下驱使形成(111)面平行于 玻璃基质表面FCC型立方密堆积结构。该方法的优点是过程相对较快，样 品规整、致密、有序性好；晶体自组装层数可以自由控制；适用的粒子直径 大小范围宽(10nm～10μm)；不管胶体粒子的化学构成和表面性质如何， 对各种胶体粒子都适用，但该方法涉及了高成本、较高精度要求的光刻技术。

(4)界面成膜法：在研究利用微球之间表面张力使微球在平面基底表 面上形成二维胶体晶体时，Goldenberg等巧妙地在水/烷烃的界面上得到了 胶体粒子有序排列单层膜，并实现了向固体表面的转移。这种液体界面组装 方法方便并且不受胶体粒子粒径大小的限制。仅仅根据Goldenberg等人的 研究，在水溶液液面滴膜和移膜很难获得大面积的较致密的有序微球阵列， 特别是对于粒径较大的微球颗粒，当其乳液滴在水面上时，大颗粒迟缓的流 动性将导致液面颗粒排布的不均匀性，并且简单的薄膜转移技术很容易造成 液面膜层的破裂。

现有的二维有序模板的制备方法，过程复杂，制备时间较长，难度大， 方便、可控地制备特定结构的二维有序微球模板，迄今为止仍具有困难。

发明内容

本发明的技术解决问题：克服现有技术的不足，提供一种液面漩涡法组 装大面积有序微球模板的制备方法。

本发明的技术解决方案是：一种液面漩涡法组装大面积有序微球模板的 制备技术，包括以下步骤：

(1)在一个敞口容器中注入一定量的超纯水，并在水面上放置一个洁净的 空心特氟隆塑料环。整个装置置于一个磁力搅拌器上，磁子的搅拌使水面上 产生一个稳定的漩涡；或整个装置附加一小型吹气装置，采用机械泵提供压 缩气体，调节吹气管的角度吹向水面产生一个稳定的漩涡。