[发明专利]利用软刻技术构造非紧密堆积胶体球有序排列的方法

摘要

本发明涉及一种利用软刻技术构造非紧密堆积的胶体球有序排列的方法，特别是涉及一种利用软刻技术对胶体球的球间距、晶格结构进行精确控制的方法。包括有序胶体晶体、PDMS模板制备、揭起软光刻技术将二维胶体晶体转移到PDMS模板、涂有聚乙烯醇膜层基底的制备、非紧密堆积胶体球有序排列的形成五个步骤。其中通过将带有胶体球的PDMS模板放于甲苯摩尔含量为100％～0％的甲苯/丙酮混合溶液中溶胀，可以在聚乙烯醇膜层基底上形成表面平的或表面图案化的二维六方非紧密堆积的胶体球排列和非六方结构的二维胶体球排列。利用本发明方法制备的非紧密堆积的胶体球有序排列在光学、光子学、传感器和表面微构造等领域有着诱人的应用前景。

主权项

1、利用软刻技术构造非紧密堆积胶体球有序排列的方法，包括如下步骤：①有序胶体晶体的制备：用溶胶-凝胶方法制备单分散二氧化硅微球，加无水乙醇稀释，调节至质量百分比浓度为0.5～2.0％，将10～20微升上述二氧化硅微球乳液滴到倾斜10～20度角的基片上，在室温湿度为30～60％的气氛下将溶剂自然挥发，得到二维或三维有序的胶体晶体；②PDMS模板的制备：将液态的二甲基硅氧烷预聚体与对应的固化剂按质量比15∶1～3∶1的比例混合均匀，真空脱气，再将此混合物旋涂在平整的玻璃表面或带有图案化的光刻胶板上，转速为1000～1500转/分，旋涂时间为1分钟，再将此玻璃片或光刻胶板放于60℃烘箱中加热3～10小时，冷却后将固化好的聚合物膜小心的揭下，从而得到平的或表面图案化的聚二甲基硅氧烷(PDMS)模板；③利用揭起软光刻技术将二维胶体晶体转移到PDMS模板表面：将平的或表面图案化的PDMS模板和已得到的胶体晶体在0.2×105～1.0×105 帕斯卡的压力下形成紧密接触，并于100～110℃的烘箱里加热3～20小时，然后将此样品冷却至室温，再把硅橡胶模板小心揭下来，此时，与PDMS模板表面紧密接触的单层胶体晶体就被转移到PDMS模板表面上；④涂有聚乙烯醇膜层基底的制备：将质量百分比浓度为5.0％～8.0％的聚乙烯醇水溶液以1000～3000转/分的速度旋涂在平面基片上，膜厚约为50～400nm，从而得到涂有聚乙烯醇膜层基底；⑤非紧密堆积胶体球有序排列的形成：将步骤③中得到的带有胶体球的PDMS模板放于甲苯/丙酮混合溶液中10～60分钟，混合溶液中甲苯的摩尔百分含量为100％～0％，然后将溶胀的PDMS模板迅速与涂有聚乙烯醇膜层的基底在0.2×105～1.0×105帕斯卡的压力下形成紧密接触，并于100～110℃的烘箱里加热1.5～5小时，待样品冷却至室温后，再把PDMS模板小心揭走，从而在涂有聚乙烯醇膜层的基底上得到表面平的或表面图案化的二维六方非紧密堆积的胶体球排列；或者，取步骤③中带有胶体球的模板，沿模板平面互相垂直的方向施加不同的力，使PDMS模板发生形变，再将此PDMS模板在0.2×105～1.0×105帕斯卡的压力下与涂有聚乙烯醇膜层的基底形成紧密接触，并于100～110℃的烘箱里加热1.5～5小时，样品冷却至室温后再把PDMS模板小心揭走，从而在涂有聚乙烯醇膜层的基底上得到表面平的或表面图案化的非六方结构的二维胶体球排列。