[发明专利]一种基片强适应性纳米材料均匀成膜方法及其装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种材料加工制备领域和微细加工技术领域的材料制备方法，尤其涉及一种基片强适应性纳米粒子均匀化成膜方法及其装置。

背景技术

纳米材料在诸多方面有着广阔的应用前景，其中，纳米粒子和一维纳米材料的应用尤其受到学术界和企业界的重视。纳米粒子是一种尺度在几纳米到几百纳米水平的颗粒，也被称为零维纳米材料。一维纳米材料是一种具有大长径比、超大长径比的线状、管状、棒状的纳米结构功能材料，典型的一维纳米材料有氧化锌纳米棒、金纳米线、硅纳米线、碳化硅纳米线、碳纳米管等。这两种纳米材料在电子技术、生物医药、疾控诊断、特种功能结构等方面的应用中，可以极大地优化材料物性、器件性能、装备性能，从而可以形成相比传统技术有巨大竞争优势的高技术产品。

在上述方面的应用中，由于纳米粒子和一维纳米材料的宏观体通常是呈粉末状的，因此，如何在各种材质、各种表面形貌的基片上散布纳米粒子、并高精度地控制其在基片上的密度分布，成为上述两种纳米材料应用中普遍存在的瓶颈问题。

经对现有技术的文献检索发现，在公开的技术文献中，为解决该瓶颈问题，主要是将形成纳米材料混合液或纳米材料溶液，利用雾化喷涂、旋涂、印刷、L-B膜等方法将纳米材料覆盖在基片表面。

如张秀霞等人在“液晶与显示”2008年第23卷611-614页上所发表的文章“丝网印刷碳纳米管薄膜的电子发射”中，碳纳米管被分散在松油醇和乙基纤维素中形成混合浆体，然后通过丝网印刷的方法在基片上局部区域成膜，实现一定的图形化功能。然而这一技术有如下显而易见的局限性：第一，无法对很多难以形成浆体的纳米材料进行印刷操作，例如纳米粒子、高密度的纳米棒等；第二，印刷后需要后续的去溶剂处理，通常要在300摄氏度以上的高温下进行，无法对很多高温特性不好的基片、或者表面已经设置精密结构的基片实现印刷操作；第三，成膜的均匀性受制于纳米材料在浆料中的均匀分布，其厚度均匀度受制于印刷过程的工艺参数，目前还没有报道能够实现大范围均匀分布的工艺参数。

再如Cavicchi.R.E.等人在“Sensors and Actuators B:Chemical（传感器与执行器B：化学）”2001年第77卷145-154页上发表的论文“Spin-on（一种基于枝杈结构碳纳米管的场致电离气体传感器）”中，将ZnO纳米粒子分散于甲醇中形成混合液，通过旋涂的方法涂覆于基片表面，其结果显示，纳米粒子需要在某些特定的基片，或者是经过一定处理的基片上才能实现较为均匀旋涂。该工艺根本无法在某些疏水性基片上应用。

再如Dongmok Whang等人在“Nano Letters（纳米快报）”2003年第3卷第9期1255-1259页上所发表的论文“Large-Scale Hierarchical Organization of Nanowire Arrays for Integrated Nanosystems（应用于集成纳系统的大尺度多层纳米线阵列组织）”中，硅单晶纳米线能够通过L-B膜的方法在硅基片表面实现了较为均匀的覆盖。然而这种方法的缺陷在于：第一，在很多情况下需要为了能够实现该工艺选择特定的溶剂，并要对基片进行一定的表面处理，对于某些纳米材料还必须对其进行表面处理，因此，对基片的适应性、纳米材料的兼容性提出了很多苛刻的限制条件，在很多应用中根本不适用；第二，成膜质量高度依赖对基片和液面相对运动的控制，如果需要多层膜，或者是较厚的膜，会大幅度提高成本，严重影响相关技术的成本控制；第三，对基片表面起伏很敏感，使其难以应用于需要将纳米结构覆盖于已经在基片表面设置了微细结构的器件的制备工艺中。