[发明专利]一种自组装生长池及自组装生长的控制系统

说明书

技术领域

本发明涉及晶体生长控制技术领域，更具体地，本发明涉及一种自组装生长池及自组装生长的控制系统。

背景技术

自组装是指分子之间或纳米粒子之间通过非共价键的相互作用，进行自组装而实现不同尺度上的规则结构的一种过程。

自组装技术简便易行，通常以水为溶剂，沉积过程和结构在组成单元尺度级可控。可以连续沉积不同组分，制备膜层间二维甚至三维的有序的结构，实现材料的特殊光、电、磁等性质，甚至还可模拟生物膜。

在胶体领域，早在1999年，人们就开始自组装制备高质量的胶体晶体(文献1：P.Jiang等，Single-Crystal Colloidal Multilayers of Controlled Thickness，Chem.Mater.，1999年第11卷2132页)，同其他自组装方法相比，其制备的晶体质量和制备工艺已有很大改进。它在一定温度及湿度条件下，将基片垂直插入单分散胶体颗粒的悬浊液中，利用基片上润湿薄膜处溶剂蒸发诱导的液流将胶体颗粒携至基片上的弯月面处并排列成有序的密堆积结构，从而自组装成胶体晶体薄膜。但是，受到胶体颗粒粒径的限制，生长时间过长。2007年(文献2：Z.Y.Zheng et等，Pressure Controlled Self-assembly of High Quality Three-dimensional Colloidal Photonic Crystals，Appl.Phys.Lett.，2007年第90卷051910页)提出了一种方法，对传统垂直沉积法进行了改进，发展了控压等温垂直生长法(也称作双参数自组装法)，通过连接于生长沉积瓶的真空系统，降低生长三维光子晶体薄膜的实验体系内的气体压强。一方面，利用了降低压强可降低液体沸点的原理，在恒温的同时对生长体系抽真空以降低压强，使诸如聚苯乙烯小球水溶液等有机材料或具有生命活性物质的颗粒的胶体溶液的沸点降低至对胶体颗粒形貌及性质无影响的温度，可在接近此沸点温度时自组装生长胶体晶体薄膜，避免了胶体颗粒由于高温产生的形变，粘连或性质改变，从而保证可以得到高性能的胶体光子晶体。另一方面，由于自组装生长体系中的气体压强大大降低，加速了液体表面的蒸发速度，使液体内部形成快速持续稳定的对流，有利于保持胶体颗粒在溶剂中的分散性，也有效地克服了生长过程中粒径过大导致的颗粒沉降过快而破坏晶体质量，甚至使其不能生长的问题。

胶体光子晶体的质量主要受生长前沿处液面蒸发、微球被对流液体输运及胶体结晶等过程的影响(微球的输运和胶体结晶过程主要由液面蒸发决定)，这三者处于动态平衡时，微球才会自组装为高度有序的结构，生长出高质量的胶体光子晶体。上述双参数自组装法中压强和温度的控制精度直接影响胶体晶体生长时生长前沿处的液体蒸发速率，影响自组装生长的胶体晶体的均匀性和缺陷的形成，即决定了得到的样品质量；另外，自组装生长过程中，压强和温度的稳定性是高质量样品产率的直接保障。可见，自组装过程中压强和温度的控制精确和稳定性都对自组装生长至关重要。但是，在已经公开的各种自组装生长的实验中，实验条件都是用简单的装置来控制，温度和压强的控制精度和稳定性都较低。

发明内容

为克服现有自组装生长技术中压强和温度控制精度低的缺陷，本发明提出了一种自组装生长池及自组装生长的控制系统。

根据本发明的一个方面，提供了一种自组装生长池，包括：

由热导率高的金属制成的外壳；

玻璃内胆；

其中，所述玻璃内胆与温度传感器接触，所述自组装生长池的内部环境与所述自组装生长池外部的绝压传感器相连。

其中，所述玻璃内胆与所述外壳紧密接合。

其中，所述玻璃内胆与所述外壳之间填入导热性好的金属箔。

根据本发明的另一个方面，提供了一种自组装生长控制系统，包括：

自组装生长池、温度控制模块和压强控制模块；

其中，所述温度控制模块包括温度传感器、温度控制电路和半导体制冷片；所述压强控制模块包括绝压传感器、压强控制电路和压电阀；

所述温度传感器布置在所述自组装生长池的靠近晶体生长的前沿，所述半导体制冷片布置在所述自组装生长池的侧面或者底部，所述温度控制电路连接在所述温度传感器与所述半导体制冷片之间，用于控制所述自组装生长池的温度；

所述绝压传感器和压电阀布置在所述自组装生长池上，所述压强控制电路布置在所述绝压传感器和压电阀之间，用于控制所述自组装生长池的压强；