[发明专利]一种基于铁电材料纳米压印的颗粒自组装方法

说明书

技术领域

本发明属于工程技术领域，具体涉及一种纳米压印铁电薄膜应用于颗粒阵列自组装的方法。

背景技术

将具有化学，电磁等功能性的颗粒有序组装是纳米材料达到应用的重要途径之一，也是器件小型化亟待解决的问题之一。金属颗粒，生物分子和细胞等有序组装成纳米结构可达到在生物医疗，电子探测等领域的广泛应用。

铁电材料由于其电畴极化的存在已经广泛应用于存储器，微机械系统等领域。不同方向的电畴极化可以在铁电材料体内形成不同的内建电场。将铁电材料浸于溶液中，在紫外光曝光的情况下，铁电材料体内能激发出电子与空穴对。利用铁电材料电畴极化形成内建电场的特性，可以驱动紫光曝光产生的电子与空穴朝不同方向移动，如把电子驱动到薄膜表明，就能还原溶液中等带正电荷的离子，形成如金属颗粒的沉淀；如把空穴驱动到薄膜表面，则能氧化溶液中的离子，所需沉淀的金属或者需标记生物细胞等则可以由所选的溶液来实现。当前国际上在这方面已经进行了广泛的研究，对于铁电材料电畴控制的方法主要集中在用外加电场和本身薄膜生长控制这两种。本发明提出利用纳米压印来改变铁电薄膜电畴的分布，从而实现颗粒阵列组装。这种方法新颖、方便，具有广泛的应用前景。

发明内容

本发明的目的在于提出一种操作方便，应用广泛，生产成本低的基于纳米压印铁电材料来进行颗粒自组装的方法，以用于电子、生物医疗等领域。 

本发明提出的基于纳米压印铁电材料来进行颗粒自组装的方法，是通过纳米压印铁电材料改变铁电薄膜内部的电畴结构分布，从而在薄膜内部形成内电场。在紫外光照下，铁电材料薄膜体内产生电子与空穴，在不同的内电场方向下，电子与空穴的驱动方向不同，从而实现颗粒有选择性的组装沉淀到铁电薄膜表面。具体步骤包括：

（1）在衬底上淀积铁电薄膜；

（2）纳米压印铁电薄膜；

（3）将压印后的铁电薄膜置于溶液中并进行紫外曝光；

（4）取出铁电薄膜并将其干燥。

本发明中，在衬底上沉积铁电薄膜的方法包括旋涂，滴定等。

本发明中，在衬底上沉积铁电薄膜所述的衬底可用硅、铂、钌、铱、铬、

金或氧化铱，或玻璃等。

本发明中，所述的颗粒可以是金属颗粒、生物分子或细胞等。

本发明中，所述的铁电薄膜材料包括锆钛酸铅、钛酸锶铋、钛酸铋镧、钛酸钡锶或聚偏二氟乙烯基等铁电材料。

本发明中，所述的将压印后的铁电薄膜置于溶液中并进行紫外曝光的溶液为含有一定的带极性的正负离子或者生物分子等的溶液。

本发明中，所述的对从溶液中取出的铁电薄膜进行干燥的干燥方法包括热板加热和风干等。

本发明所提供的颗粒自组装的方法可以有效实现的微小颗粒的二维阵列分布，操作方便，应用广泛，可大大降低生产成本。

附图说明

图1-图5为依据本发明方法的实例过程剖面示意图。

图6是锆钛酸铅铁电薄膜在压印以后银颗粒沉淀前的形貌图。

图7是锆钛酸铅铁电薄膜在压印以后银颗粒沉淀后的新貌图。

图中标号：100硅衬底，102 铂金衬底，104 旋涂上的锆钛酸铅铁电薄膜前驱体，104-1 纳米压印后的锆钛酸铅铁电薄膜，106 纳米压印硅模板，108含有正负离子或者生物分子、细胞的溶液，110阵列分布的颗粒。

具体实施方式

下文结合图示在参考实施例中更具体地描述本发明，本发明提供优选实施例，但不应该被认为仅限于在此阐述的实施例。在图中，为了方便说明，放大了层和区域的厚度，所示大小并不代表实际尺寸。

参考图是本发明的理想化实施例的示意图，本发明所示的实施例不应该被认为仅限于图中所示区域的特定形状，在本发明实施例中，均以光栅结构表示，图中的表示是示意性的，但这不应该被认为限制本发明的范围。

图1—图5为依据本发明方法应用的实例的制备过程剖面示意图。

图1为衬底100与102的横截面图。所选择的衬底可以为硅，铂，钌，铱，铬，金以及氧化铱，玻璃。本实例选择的是硅和铂。

图2为在衬底100上旋涂一层铁电薄膜104后的横截面图，铁电薄膜可以为锆钛酸铅或聚偏二氟乙烯基等铁电材料。本实例使用的是锆钛酸铅，以3000r/min旋涂在衬底102上， 然后在50摄氏度热板上前烘，得到前驱体薄膜。