[发明专利]一种改变材料表面电场的方法

说明书

本发明公开了一种改变材料表面电场的方法，是在衬底表面修饰具有不连续人工结构的修饰层；通过对修饰层材料、不连续人工结构的形状、尺寸及分布方式的选择来实现表面电场的强度和空间分布的改变，其中，修饰层的材料为具有电偶极性的材料。本方法克服了传统调控表面电场方法依赖材料具体性质的缺点，实现了通过对人工结构构型以及阵列尺寸的参数设计调控人工结构阵列所产生的表面电场的强度以及空间分布的目的，使得表面电场影响的范围更广。该方法实现方式简单，应用范围更广。

技术领域

本发明属于材料表面改性领域，更具体地，涉及一种改变材料表面电场的方法。

背景技术

表面电场对于材料表面以及界面的物理化学特性至关重要，是许多半导体、化学工程以及生物工程领域的重要参数。材料的表面电场是材料的固有特性，一般改变材料表面电场的方法是在材料表面修饰具有不同表面电场性质的修饰层材料。例如:通过修饰具有永久偶极矩分子材料达到改变表面电场的效果。

以上方法的缺点在于修饰层分子的表面电场特性是材料本身的固有性质，无法进行调节。并且，在实际材料体系中，具有电偶极性的介质材料(如有机、无机铁电材料)往往具有更大的表面电荷，理论上应可以产生较大的表面电场，但经典电磁理论表面连续电偶极材料薄膜无法产生表面电场。另一方面在实际应用中如果需要调整表面电场的强度或空间分布，传统方法只能通过改变修饰层材料种类的方式达到，这使得对表面电场的调控非常依赖修饰材料的特性，大大束缚了表面电场应用的范围。

发明内容

本发明的目的是克服以上不足，提出了使用基于不连续的人工结构产生及改变表面电势的方法，通过设计、加工构造具有人工结构的修饰层以起到调节修饰层表面电场强度、空间分布的目的。

本发明的目的是通过以下方式实现的：

一种改变材料表面电场的方法，是在衬底表面修饰具有不连续人工结构的修饰层；通过对修饰层材料、不连续人工结构的形状、尺寸及分布方式的选择来实现表面电场的强度和空间分布的改变；其中，修饰层的材料为具有电偶极性的材料。上述修饰可以为本领域常规的光刻技术。

所述不连续人工结构为不连续圆盘结构或不连续正方形盘结构。

上述圆盘结构的直径厚度比的范围为0.1～1000:1，正方形盘结构的边长厚度比的范围为0.1～1000：1。

上述不连续人工结构分布可以为正方形阵列、三角阵列或六角阵列。

上述不连续人工结构为不连续圆盘结构时，所述正方形阵列的人工结构间距与圆盘直径之比为1～100：1；三角阵列的人工结构间距与圆盘直径之比为1～100：1；六角阵列的人工结构间距与圆盘直径之比为1～100:1。

上述不连续人工结构为不连续正方形盘结构时，所述正方形阵列的人工结构间距与正方形盘边长之比为1～100:1；三角阵列的人工结构间距与正方形盘边长之比为1～100:1；六角阵列的人工结构间距与正方形盘边长之比为1～100:1。超过上述比例范围，周期结构的作用将不再明显。

上述述修饰层的材料为具有电偶极性的材料，可以为有机或无机铁电材料。无机铁电材料优选包括ABO₃型双氧化物晶体，如钛酸钡，铌酸锂，硝酸钾；含氢晶体，如磷酸二氢钾，三甘氨酸硫酸盐，罗息盐；含铅晶体，如锆钛酸铅中的任意一种；有机铁电材料优选聚偏二氟乙烯。

上述通过对修饰层材料、不连续人工结构的形状、尺寸及分布方式的选择来实现表面电场的强度和空间分布的改变，具体可以指产生如下关系：

若不连续人工结构为圆盘结构，如图2所示，在其中心处沿垂直圆盘方向的电场分布公式如(1.1)所示