[发明专利]一种平板约束下的蒸发诱导纳米粒子线自组装方法

摘要

一种平板约束下的蒸发诱导纳米粒子线自组装方法，将纳米粒子胶体溶液从盖板-支架-基材结构侧面边缘滴加，并利用毛细力作用填充到盖板-支架-基材结构所形成的间隙中；然后平移放置到水平热板上，发生纳米粒子的沉降和粘滞，形成一条纳米粒子的密排单层线；溶液固-液-气三相接触线重复的粘滞-退却过程，会在基材表面形成周期性分布的纳米粒子密排单层线阵列；利用以上步骤所形成的纳米粒子密排单层线阵列为掩膜对基材材料进行干法刻蚀，通过控制刻蚀参数，形成不同结构的纳米柱子、纳米锥阵列结构，或者微米槽；本发明方法简单，容易操作，成本低廉，工艺可控性较强，且可以高效率地制备较大面积的纳米结构阵列。

主权项

一种平板约束下的蒸发诱导纳米粒子线自组装方法，其特征在于，包括以下步骤：1）将盖板、薄膜和基材依次用丙酮、乙醇、去离子水超声冲洗并氮气吹干后，以薄膜为支架，将盖板覆盖在基材上，形成具有微米级间隙的盖板‑支架‑基材结构；2）将质量浓度为0.2wt%‑1wt%的纳米粒子胶体溶液从盖板‑支架‑基材结构侧面边缘滴加，并利用毛细力作用填充到盖板‑支架‑基材结构所形成的间隙中；3）将填充有纳米粒子胶体溶液所形成的盖板‑支架‑基材结构平移放置到水平热板上，水平热板的温度设置为55～75℃；4）纳米粒子胶体溶液在水平热板的温度作用下发生快速蒸发，在咖啡圈效应下，发生纳米粒子的沉降和粘滞；溶质中的纳米粒子在局部的表面张力和基材的范德华力的共同作用下发生自组装，形成一条纳米粒子的密排单层线；当退却的弯月面到达恢复平衡接触角的状态时，形成新的固‑液‑气三相线；5）重复第4）步的粘滞‑退却过程，直至溶剂全部蒸发掉，会在基材表面形成周期性分布的纳米粒子密排单层线阵列；6）利用以上步骤所形成的纳米粒子密排单层线阵列为掩膜对基材材料进行干法刻蚀，通过控制刻蚀参数，形成不同结构的纳米柱子或纳米锥阵列结构；或者利用以上步骤所形成的纳米粒子密排单层线阵列制作微米槽，首先，通过磁控溅射在分布有纳米粒子密排单层线 的基材上镀厚度为纳米级的金属膜；然后放置到去离子水中进行超声，剥离去除纳米粒子单层线及粒子上覆盖的金属层，最后通过干法刻蚀或湿法腐蚀的方法进行各向同性刻蚀去除材料，利用金属层与基材之间刻蚀选择比制备纳米金属孔结构下的微米槽。