[发明专利]纳米微球单层薄膜的大面积自组装制备方法及其装置

说明书

技术领域

本发明涉及薄膜制备领域，具体地涉及纳米微球单层薄膜的大面积自组装制备方法及其装置。

背景技术

近些年来，有序周期结构材料在光电器件、光催化、生物传感、分子的吸附和分离，以及光子晶体等化学、物理以及生物的众多领域产生了非常大的应用价值。有序周期结构材料的制备方法主要包括：微加工刻蚀技术、全息干涉法、光刻法、以及模板-填充法和自组装方法等。对于微加工刻蚀技术、全息干涉、光刻等制备方法来说，其制备工艺复杂、制备成本昂贵，制备尺寸只有微米量级等缺点，因而，开发价廉且具有大规模生产能力的工艺方法是纳米科学的研究重点之一。

众所周知，通过Langmuir-Blodgge(LB)膜技术可将气-液界面上的单层膜转移至固体模片上，得到二维有序的单层或多层膜，是超薄有序有机膜研究领域中应用最广泛的分子组装技术。但是由于LB膜中分子与基片表面、同层分子间及相邻层分子间均为范德华力结合，因而膜对温度、时间、化学环境及外压的稳定性弱，影响了它的实用性；另一方面，在分子设计时，我们既要考虑其容易成膜，又要使所成的膜具有设计所要求的物理化学性质，二者往往难以兼得。自组装(Self-Assembly，以下简称SA)膜可在一定程度上满足上述要求，近年来引起了研究者的广泛关注。目前人们研究较多的，是溶液中的SA膜。含多个长链的两亲性化合物在溶液中即可自动形成水合囊泡、单层膜和类脂双层膜，利用这一性质可模拟分子识别、生物活性分子在双层膜中的镶嵌和取向，还可以作为制备二维有序无机薄膜、二维有序有机薄膜的模板。实际上这种成膜技术仍属于LB膜技术，只是分子在溶液中的有序集合是自动的，不需要象LB膜那样施加外力。SA成膜技术快速简便，并且对温度、时间、化学环境及外压稳定，有较高的二维或三维有序性，是获得超晶格有序材料的一种有效途径。

开发基于SA成膜技术的大面积纳米微球单层薄膜的制备方法，对光学、电学、化工、生物等领域具有重要意义。首先，纳米微球颗粒具有单分散性，利用其球形形貌、粒径的均一性，可用于构筑光子带隙材料，适用于化学传感、柔性显示、生物编码等领域；其次，大面积有序纳米微球可作为模板剂使用，用于构筑具有规整结构、大比表面积的多孔体相材料，适用于高灵敏度、高催化性能传感及催化材料的研制；此外，经各种修饰后的纳米微球模板，可用于特定物质如核酸、蛋白质等生物大分子的固定及高通量、高特异性的多功能生物化学分析和检测。最近，科学家开发出一种纳米球刻蚀技术(nanosphere lithography，NSL)的方法用于制备纳米结构，而采用NSL技术制备2D纳米阵列的关键，就是必须用自组装的办法形成周期遮挡层来实现周期的微纳级图形转移。该方法是使用尺寸分布窄的纳米胶体球，如聚苯乙烯纳米微球等，利用其排列高度整齐的自组装效应制成薄膜，所需仪器设备低廉，且工艺容易操作，只需变化不同纳米颗粒球的粒径，便可在各种基板上得到不同纳米尺寸的大面积周期阵列结构。

综上所述，自组装技术目前被公认为是一种价廉高效的纳米材料制备的关键技术，在全球各实验室得到了广泛应用和研究。然而，已经报道的自组装技术所制得的单层薄膜，往往具有成形质量差、成形时间长、成形面积小等问题，往往仅可以用于实验研究，无法满足大规模生产的需要。

综上所述，目前尚缺乏令人满意的、成形质量高、成形时间长、成形面积大以及可大规模生产的自组装制膜技术，因此，本领域迫切需要开发新的高成形质量、长成形时间、大成形面积以及可大规模生产的自组装制膜技术。

发明内容

本发明提供了一种成膜质量高、成膜面积大、并可大规模生产的纳米微球单层薄膜的制备方法及其装置。

在本发明的第一方面，提供了一种制备纳米微球单层薄膜的装置，该装置包括：

盛液器皿、至少一个注射泵和至少一个与所述注射泵配套使用的注射器；

所述注射泵用于推动所述注射器将注射器中的液体注入所述盛液器皿中；

所述注射器的注射角为0～90°。

在另一优选例中，所述注射角为注射器中的液体从所述注射器的针尖射出时与所述盛液器皿中与液面平行的底面的最小夹角。

在另一优选例中，所述注射角为0～30°。

在另一优选例中，所述注射器的针头分为相连接的第一端部和第二端部，且所述第一端部和第二端部之间的最小夹角为90～180°。

在另一优选例中，所述注射角为30～90°。

在另一优选例中，所述针头的第一端部和第二端部在同一直线上。

在另一优选例中，所述针头的第一端部靠近针筒。