[发明专利]一种制备二元胶体晶体薄膜的方法

说明书

技术领域

本发明属于胶体晶体的制备技术领域，特别涉及一种制备二元胶体晶体薄膜的方 法。

背景技术

二元胶体晶体是由两种(粒径和/或组成不同)单分散的微米或亚微米无机或有机 (乳胶)颗粒通过自组装规整排列所形成的具有高度有序的周期性结构的一类物质。 二元胶体晶体在光子晶体、微纳米加工、传感、催化、晶体结构的理论研究等领域有 潜在的应用价值。

1978年，Sander首先发现巴西一种独特的蛋白石具有二元胶体晶体的结构。虽然 人们早在理论上设想了多种二元胶体晶体结构，但直到2002年才由van Blaaderen等 利用层层组装方法制备了LS、LS₂、LS₃等不同结构的二元胶体晶体(其中L和S分 别代表大小两种胶体颗粒)。此后，加速蒸发诱导和逐步旋涂法分别被用于制备二元胶 体晶体。但上述方法均为多步法，步骤繁琐，有时需要特殊的设备。目前用于制备二 元胶体晶体方法存在的最大局限是晶体生长速度缓慢，制备需要几个小时甚至几天的 时间，并且无法得到大面积的、完美的二元胶体晶体(Array Patterns of Binary Colloidal Crystals Hailin Cong and Weixiao Cao J.Phys.Chem.B 2005，109，1695-1698)，很大程 度上限制了二元胶体晶体的广泛应用。

发明内容

本发明的目的是提供一种制备二元胶体晶体薄膜的方法。

本发明提供的制备二元胶体晶体薄膜的方法，包括如下步骤：

1)将两种粒径大小不同的聚合物胶体微球的乳液混合，混匀，得到混合液a；

2)将所述混合液a中加入等体积的乙醇，混匀，得到混合液b；

3)将玻璃片进行亲水性处理后，置于干燥的容器中心，加水使水面恰好到达所 述玻璃片的上表面且未没过上表面，将所述混合液b的液滴滴在亲水性处理后的所述 玻璃片的上表面，待所述液滴中的所述两种粒径大小不同的聚合物胶体微球完全扩散 至水气界面后，加入表面活性剂溶液，得到漂浮在水面上的所述二元胶体晶体薄膜。

上述方法中，所述聚合物胶体微球为聚苯乙烯胶体微球或聚丙烯酸甲酯胶体微 球，所述两种粒径大小不同的聚合物胶体微球中，粒径较小的聚合物胶体微球的粒径 为100～200nm，优选125-173nm、130-173nm或125-130nm，粒径较大的聚合物胶体 微球的粒径为600～900nm，优选669-887nm；所述两种粒径大小不同的聚合物胶体微 球乳液的体积浓度比(vf％/vf％)为下述比例a-比例h中的任意一种：所述比例a为 0.006-0.059∶1，比例b为0.006-0.025∶1，比例c为0.006-0.013∶1，比例d为0.015-0.029∶ 1，比例e为0.015-0.030∶1，比例f为0.013-0.025∶1，比例g为0.029-0.059∶1，比 例h为0.030-0.059∶1。所述混匀的方法为超声法，超声的时间为20-30分钟，超声的 能量为120J-180J。

所述步骤3)中，亲水性处理是按照下述步骤进行的：将所述玻璃片置于由浓硫 酸水溶液和双氧水水溶液组成的混合液c中，超声处理后用去离子水清洗，氮气吹干。 其中，所述浓硫酸水溶液的质量百分浓度为98％，所述双氧水水溶液的质量百分浓度 为30％，所述混合液c中，所述浓硫酸水溶液与所述双氧水水溶液的体积比为3∶1， 该亲水性处理步骤中，超声处理步骤中，时间为5-10分钟，能量为30J-60J。

所述玻璃片的面积为1-4平方厘米，每滴所述混合液b的液滴的体积为10～30μL； 所述扩散时间为30-60秒；所述表面活性剂水溶液中，所述表面活性剂选自十二烷基 硫酸钠和十二烷基磺酸钠中的任意一种，所述表面活性剂水溶液的质量百分浓度为 1％～3％，用量为0.5-1毫升。

在所述步骤3)之后，还对所述漂浮在水面上的所述二元胶体晶体薄膜进行如下 操作：向所述步骤3)的体系中加入去离子水以抬高液面，移去玻璃片后，将衬底插 入水中并移到所述二元胶体晶体薄膜下方，提起衬底，所述二元胶体晶体薄膜即作为 一个整体转移到衬底上，干燥后，在衬底上得到所述二元胶体晶体薄膜；所述衬底为 玻璃片、硅片、金属，所述金属优选为铝。衬底的厚度可以根据实际需要进行选取。