[发明专利]一种采用脉冲型声波调整单层纳米微球阵列的方法

说明书

本发明属于微纳米结构制备的技术领域，尤其涉及一种采用脉冲型声波调整单层纳米微球阵列的方法。包括以下步骤：S1.将微球悬浊液注入气‑液界面，使微球通过自组装初步形成单层膜阵列；S2.利用脉冲型声波调整步骤S1制备的单层膜阵列，使其自组装有序排布；S3.使步骤S2制备的有序排布的单层膜阵列聚拢，然后转移到预处理好的基片上，蒸发残余液体。本发明通过机械振动与自组装作用力的结合使微球阵列变得有序紧密，扩大了大面积有序的微球阵列排布，促进微球阵列的长程有序性，有效解决传统的NSL制备单层微球阵列薄膜过程中存在的点缺陷和位错等问题，进一步降低微球阵列的缺陷密度。

技术领域

本发明属于微纳米结构制备的技术领域，具体涉及一种采用脉冲型声波调整单层纳米微球阵列的方法。

背景技术

纳米球光刻(NSL)是利用高度单分散的纳米球作为沉积或刻蚀掩模，结合物理或化学方法沉积得到形貌、尺寸可控的纳米阵列掩模板，是一种简便、经济而有效的光刻技术。NSL技术通常利用的模板有：密排六方纳米至微米级的聚苯乙烯(PS)微球、二氧化硅(SiO₂)乳胶球或聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)微球单层膜。关于如何制备高质量的单层微球阵列薄膜一直是一项颇具意义的挑战。

传统方法制备的单层微球薄膜存在一些缺点，即使是NSL模板制备法中最稳定的界面自组装法也会存在以下缺陷：1)单层微球薄膜会出现因分子堆积而形成多层微球分子团；2)单层微球薄膜由于制膜期间受到外界作用力干扰，会使某些微球间产生不同晶向，从而引发薄膜阵列出现层错裂缝；3)单层微球薄膜仅存在短程有序，而没有长程有序的阵列；4)未能参与自组装过程而形成的游离单分子微球以及因其缺位而形成的空穴。现有制备技术只能通过严格地控制微球溶液流速来尽可能优化上述问题。针对现有NSL模板制备方法，由于实验环境难以理想化，这些问题不容易解决，因此想要制造出“低缺陷密度”的阵列存在一定的技术困难，且一旦成膜，就很难再继续提升纳米阵列质量。

自组装是晶体阵列成型的必要过程，是得到大面积规整结构的关键。现有的采用声波调整纳米微球阵列的方法仍有值得改进的地方，如专利CN114436206A一种采用连续性声波调整单层纳米微球阵列有序排布的方法，仅仅使用了连续型声波调整单层纳米微球阵列的有序排布，却忽视了自组装过程对纳米微球阵列有序排布具有重要影响。基于该专利内容，本发明设计了一种与此完全不同的技术构思，通过机械振动与自组装作用力的结合使微球阵列变得有序紧密，以充分发挥自组装作用的效果。

发明内容

为求对上述现有技术提升，本发明目的是提供一种采用脉冲型声波调整单层纳米微球阵列的方法，因纳米微球阵列在成型前需要一定的时间自组装成稳定有序的阵列，本发明使用声波打破微球阵列原含有缺陷的晶体结构，再给予一定时间微球重新排布阵列，进一步提高微球阵列的有序性效果，即采用脉冲型声波实现以上效果。

所述脉冲型声波的周期是由实际作用的声波时间与无声静音时间(可视为微球阵列自组装时间)构成，脉冲比即为一个周期内有效声波时间与静音时间的比值，有效声波部分也有其频率与幅值。本发明通过脉冲型声波对微球阵列排布进行调整，不同尺寸纳米微球的阵列各有促使其规整排布的最佳脉冲型声波。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种采用脉冲型声波调整单层纳米微球阵列的方法，包括以下步骤：

S1.将微球悬浊液注入气-液界面，使微球通过自组装初步形成单层膜阵列；

S2.利用脉冲型声波调整步骤S1制备的单层膜阵列，使其自组装有序排布；

S3.使步骤S2制备的有序排布的单层膜阵列聚拢，然后转移到预处理好的基片上，蒸发残余液体。

作为本发明优选地技术方案，步骤S1中所述微球包括聚苯乙烯微球、二氧化硅乳胶球和聚甲基丙烯酸甲酯微球。