[发明专利]二元有序胶体晶体模板及其制备方法和用途

说明书

技术领域

本发明涉及一种晶体模板及制备方法和用途，尤其是一种二元有序胶体晶体模板及其制备方法和用途。

背景技术

胶体晶体是指由胶体球按照一定方式组装排列的二维或三维有序结构。由于其在光子晶体、光电器件、生物芯片传感等方面潜在的应用优势，近年来受到了人们的广泛关注。迄今为止，关于胶体晶体自组装的研究工作已有了大量的文献报导，可是，其所使用的胶体球均为单一尺寸，因而所形成的胶体晶体也就仅限于几种简单的类型，如：面心立方、六角密排、体心立方。这也就使得胶体晶体的物理、化学性质和在实际中的应用受到了很大的限制。人们为了探索和拓展胶体晶体的应用范围，作了一些尝试和努力，如在2008年11月出版的《物理学报》第57卷第11期杂志中“二元体系胶体晶体性质的实验研究”一文曾公开了一种二元胶体晶体及其制备方法。该文研究了不同大小的聚苯乙烯粒子的数密度比对胶体晶体的形成时间，平均最近邻粒子之间的距离和晶体结构的影响。其中，二元胶体晶体的粒子直径分别为94nm和141nm，两种粒子的数密度比为0～5∶0～1；制备方法为乳皂聚合法，反应中使用对苯乙烯磺酸钠作为一种共聚单体加入到乳液聚合反应体系中，和其他单体发生共聚合反应，结合到聚合物链上，起到内乳化作用。但是，这种二元胶体晶体及其制备方法均存在着不足之处，首先，构成二元胶体晶体的两种粒子间的直径差和混合的比例均过小，尤其是过小的直径差与单一尺寸晶体的差别不大，这不仅不利于实际中的应用，还出现了如文章中所述的在两种粒子的数密度比由1∶0向0∶1变化时，胶体晶体的平均粒子间距变大，当两种粒子的数密度比为5∶1时，胶体晶体出现了超晶格结构，极大地制约了其应用的范围；其次，制备方法不能制得适用范围较广的二元胶体晶体。

发明内容

本发明要解决的技术问题为克服现有技术中的不足之处，提供一种两种胶体球间的直径差和混合比例较符合实际应用，以及间距稳定的二元有序胶体晶体模板。

本发明要解决的另一个技术问题为提供一种二元有序胶体晶体模板的制备方法。

本发明要解决的还有一个技术问题为提供一种二元有序胶体晶体模板的用途。

为解决本发明的技术问题，所采用的技术方案为：二元有序胶体晶体模板由衬底和其上覆有的胶体晶体组成，特别是，

所述胶体晶体由两种不同直径的聚苯乙烯胶体球构成，所述两种胶体球直径间的大小比例为5～20∶1，其中，大直径胶体球的球直径为250～5000nm、小直径胶体球的球直径为50～250nm；

所述大直径胶体球按六方有序结构单层排列，所述小直径胶体球位于大直径胶体球之间；

所述胶体晶体的厚度为250～5000nm。

作为二元有序胶体晶体模板的进一步改进，所述的大直径胶体球按六方紧密排列。

为解决本发明的另一个技术问题，所采用的另一个技术方案为：二元有序胶体晶体模板的制备方法采用微乳液聚合法，特别是完成步骤如下：

先将质量百分比溶度均为1.5～10％的大直径聚苯乙烯胶体球溶液和小直径聚苯乙烯胶体球溶液按照体积比为10～30∶1的比例混合均匀，得到混合液，再将混合液滴加至衬底上后旋涂甩开，自然干燥后制得二元有序胶体晶体模板。

作为二元有序胶体晶体模板的制备方法的进一步改进，所述的将混合液滴加至衬底上的体积为4～10μL；所述的旋涂甩开时的转速为300～1000r/s；所述的自然干燥时的温度为24～28℃；所述的衬底为玻璃，或单晶硅片，或陶瓷，或云母，或石英。

为解决本发明的还有一个技术问题，所采用的还有一个技术方案为：二元有序胶体晶体模板的用途为使用二元有序胶体晶体模板，结合溶液法或溶胶-凝胶法，用于制备单层或多层二元有序多孔薄膜。