一种单层密排纳米微球阵列的制备方法技术

一种单层密排纳米微球阵列的制备方法，涉及纳米微球。利用搭建的单层密排纳米微球阵列制备装置，把基片按一定位置和方向安置到装置中，通过水的浮力和表面活性剂的作用让纳米微球单层密排在水面上，缓慢平移一套装有待排列纳米微球阵列的第二基片夹支架，将第二基片置于水面单层密排纳米微球区域正下方，再缓慢排水以让纳米微球阵列转移到基片表面，并通过退火以让纳米微球阵列密排在基片上。装置成本低廉、结构简单、操作简便、对液面扰动小。所形成的纳米微球阵列除了本身二维结构特性应用，还可作为纳米微球模板用于制备更精细结构的大面积二维纳米球壳阵列、二维纳米颗粒阵列及二维异质结纳米薄层阵列，适用于纳米科学、纳米加工工程等领域。

【技术实现步骤摘要】
一种单层密排纳米微球阵列的制备方法
本专利技术涉及纳米微球，尤其是涉及一种单层密排纳米微球阵列的制备方法。
技术介绍
纳米粒子由于具有与体材料截然不同的体积效应、表面效应、量子尺寸效应及量子隧道效应，能够广泛应用到催化、降解、传感、医疗、发光、信息存储和传递等众多领域(参考文献1：NieZ,PetukhovaA,EugeniaK,Propertiesandemergingapplicationsofself-assembledstructuresmadefrominorganicnanoparticles[J].NatureNanotechnology,2010,5:15-25；2：PetrosRAandDesimoneJM,Strategiesinthedesignofnanoparticlesfortherapeuticapplications[J].NatureReviewsDrugDiscovery2010,9,615-627)。但是，单个纳米粒子的功能非常有限，本身信号非常微弱，在应用上通常采取多个粒子的整体效应，人们相应地提出了许多制备这种纳米粒子的技术，以及令这些纳米粒子按一定规则排列成二维纳米阵列结构的方法，如电子束刻蚀法、光刻蚀法、X射线刻蚀法、纳米球刻蚀法等(参考文献3：VelevODandGuptaS,Materialsfabricatedbymicro-andnanoparticleassembly-thechallengingpathfromsciencetoengineering[J].AdvanceMaterials2009,21,1897–1905；4：HaynesCLandVanDuyneRP,Nanospherelithography:Aversatilenanofabricationtoolforstudiesofsize-dependentnanoparticleoptics[J].TheJournalofPhysicsandChemistryB2001,105(24):5599–5611)。相比于其它方法，纳米球刻蚀法不须使用昂贵复杂的设备，操作简单、效率高、能够大面积制备纳米颗粒阵列，是当前纳米技术应用的热点。应用纳米球刻蚀法制备二维纳米粒子阵列，其关键步骤是纳米微球模板层的排列，它是决定纳米粒子形状、结构和排列规律的主要因素。至今广泛应用的纳米微球模板层制备方法有滴涂法、旋涂法和浮捞法(参考文献5：YeXZandQiLM,Recentadvancesinfabricationofmonolayercolloidalcrystalsandtheirinversereplicas[J].ScienceChinaChemistry2014,57(1):58-69)。滴涂法是把纳米微球液滴直接滴到基片上，再让基片倾斜，由于重力的作用液滴扩散到基片上；该方法虽然能够获得单层密排的纳米微球阵列模板，但这些模板一般以长条形结构出现，条形宽度大概在几个微米到十几微米，很难形成大面积单层密排结构。旋涂法是把带有纳米微球液滴的基片固定在旋涂仪上，启动旋涂仪使纳米微球离心分散到基片表面；该方法纳米微球一般分离得非常散，很难获得密排阵列。浮捞法也称自组织法，是把纳米微球滴到液体表面，让液体的表面张力和表面活性剂的作用使纳米微球单层密排，再把基片从密排模板层下捞出，使模板层覆盖到基片上；该方法可以获得较大面积的单层密排纳米微球模板，最佳可以达到整个液面，但这模板面的均匀性与浮捞技术密切相关。目前浮捞法采用的设备是提拉机，也称提拉涂膜机、垂直提拉机、浸渍提拉镀膜机等。它们的原理是利用电机把基片按设定速率从密排模板层下提拉上来。普通提拉机一般在1万元人民币左右，我们调研的报价是6千到4万。除价格贵外，提拉时电机的扰动很容易破坏模板层的密排结构。
技术实现思路
本专利技术的目的旨在提供一种单层密排纳米微球阵列的制备方法。本专利技术包括以下步骤：1)搭建单层密排纳米微球阵列制备装置，所述装置设有漏斗、漏斗输出管、可控流量阀门、容器、托架、漏斗支架、第一基片夹、第二基片夹、第二基片夹支架，漏斗输出管与漏斗的出口连接，可控流量阀门设在漏斗输出管的下部，容器设在漏斗输出管的下方，托架的一端套在漏斗上，托架的另一端固定在漏斗支架上，第一基片夹固定在漏斗的漏斗口边缘，第二基片夹的一端固定在第二基片夹支架上；关闭可控流量阀门，往漏斗内灌注去离子水；2)将第一基片放置在第一基片夹上，并把第一基片夹镶住到漏斗口边缘；将第二基片放置在第二基片夹上，并把第二基片夹镶住到第二基片夹支架上；第一基片和第二基片处理成亲水性的；将第一基片正面朝上，所述第一基片正面的1/3面积左右沉浸在漏斗内的去离子水中，第一基片正面与去离子水液面的夹角呈20～30度；将第二基片正面朝上且全部沉浸在漏斗内的去离子水中，并远离第一基片，第二基片正面与去离子水液面夹角呈2～5度，第二基片顶部离去离子水液面0.5～1.0cm；3)将纳米微球混合液涂在第一基片上，利用第一基片的倾角让纳米微球转移到去离子水表面；再将表面活性剂滴进去离子水液面上没有纳米微球聚集的液体表面，以驱使纳米微球密排；4)平移第二基片夹支架让第二基片移到纳米微球密排面正下方，再旋转可控流量阀门，让漏斗内的去离子水以不超过45μL/min的流速流进容器，漏斗内的去离子水液面的下沉将使纳米微球阵列覆盖到第二基片表面；5)对第二基片表面的纳米微球阵列再次处理，当液面脱离第二基片后，把第二基片取出烘干，让纳米微球之间的水汽蒸发，产生毛细管力使纳米微球进一步紧密靠拢，得单层密排纳米微球阵列。在步骤1)中，所述往漏斗内灌注去离子水最好灌至去离子水液面离漏斗宽口边缘1～2cm。在步骤2)中，所述第一基片可选自玻片、硅片等任意平滑基片；所述第二基片可选自玻片、硅片等任意平滑基片。在步骤3)中，所述将纳米微球混合液涂在第一基片上可利用移液枪吸取纳米微球混合液并滴涂到第一基片上；所述将表面活性剂滴进去离子水液面上可用移液枪吸取表面活性剂滴进液面上；所述纳米微球可根据阵列要求选自聚苯乙烯(PS)球、聚甲基丙烯酸甲酯球、二氧化硅球、二氧化钛球等中的至少一种；该纳米微球在溶液里按一定质量浓度比混合均匀，体积根据液面面积及所采用的基片面积调整；所述表面活性剂可选自十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠、脂肪酸甘油酯、氨基酸、硬脂酸等中的至少一种。在步骤5)中，所述再次处理可采用退火炉对第二基片表面的纳米微球阵列再次处理；所述当液面脱离第二基片后最好是当液面脱离第二基片的时间为10min后；所述烘干可将第二基片的正面朝上放置在退火炉内烘干。本专利技术可利用扫描电子显微镜等测试手段对制备的单层密排纳米微球阵列结构进行表征。本专利技术利用搭建的单层密排纳米微球阵列制备装置，把基片按一定位置和方向安置到装置中，通过水的浮力和表面活性剂的作用让纳米微球单层密排在水面上，缓慢平移一套装有待排列纳米微球阵列的第二基片夹支架，将第二基片置于水面单层密排纳米微球区域的正下方，再缓慢排水以让纳米微球阵列转移到基片表面，并通过退火以让纳米微球阵列密排在基片上。与普通提拉机相比，本专利技术采用的单层密排纳米微球阵列制备装置成本低廉(总体不超过本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种单层密排纳米微球阵列的制备方法，其特征在于包括以下步骤：1)搭建单层密排纳米微球阵列制备装置，所述装置设有漏斗、漏斗输出管、可控流量阀门、容器、托架、漏斗支架、第一基片夹、第二基片夹、第二基片夹支架，漏斗输出管与漏斗的出口连接，可控流量阀门设在漏斗输出管的下部，容器设在漏斗输出管的下方，托架的一端套在漏斗上，托架的另一端固定在漏斗支架上，第一基片夹固定在漏斗的漏斗口边缘，第二基片夹的一端固定在第二基片夹支架上；关闭可控流量阀门，往漏斗内灌注去离子水；2)将第一基片放置在第一基片夹上，并把第一基片7镶住到漏斗口边缘；将第二基片放置在第二基片夹上，并把第二基片夹镶住到第二基片夹支架上；第一基片和第二基片处理成亲水性的；将第一基片正面朝上，所述第一基片正面的1/3面积左右沉浸在漏斗内的去离子水中，第一基片正面与去离子水液面的夹角呈20～30度；将第二基片正面朝上且全部沉浸在漏斗内的去离子水中，并远离第一基片，第二基片正面与去离子水液面夹角呈2～5度，第二基片顶部离去离子水液面0.5～1.0cm；3)将纳米微球混合液涂在第一基片上，利用第一基片的倾角让纳米微球转移到去离子水表面；再将表面活性剂滴进去离子水液面上没有纳米微球聚集的液体表面，以驱使纳米微球密排；4)平移第二基片夹支架让第二基片移到纳米微球密排面正下方，再旋转可控流量阀门，让漏斗内的去离子水以不超过45μL/min的流速流进容器，漏斗内的去离子水液面的下沉将使纳米微球阵列覆盖到第二基片表面；5)对第二基片表面的纳米微球阵列再次处理，当液面脱离第二基片后，把第二基片取出烘干，让纳米微球之间的水汽蒸发，产生毛细管力使纳米微球进一步紧密靠拢，得单层密排纳米微球阵列。...

【技术特征摘要】
1.一种单层密排纳米微球阵列的制备方法，其特征在于包括以下步骤：1)搭建单层密排纳米微球阵列制备装置，所述装置设有漏斗、漏斗输出管、可控流量阀门、容器、托架、漏斗支架、第一基片夹、第二基片夹、第二基片夹支架，漏斗输出管与漏斗的出口连接，可控流量阀门设在漏斗输出管的下部，容器设在漏斗输出管的下方，托架的一端套在漏斗上，托架的另一端固定在漏斗支架上，第一基片夹固定在漏斗的漏斗口边缘，第二基片夹的一端固定在第二基片夹支架上；关闭可控流量阀门，往漏斗内灌注去离子水；2)将第一基片放置在第一基片夹上，并把第一基片夹镶住到漏斗口边缘；将第二基片放置在第二基片夹上，并把第二基片夹镶住到第二基片夹支架上；第一基片和第二基片处理成亲水性的；将第一基片正面朝上，所述第一基片正面的1/3面积左右沉浸在漏斗内的去离子水中，第一基片正面与去离子水液面的夹角呈20～30度；将第二基片正面朝上且全部沉浸在漏斗内的去离子水中，并远离第一基片，第二基片正面与去离子水液面夹角呈2～5度，第二基片顶部离去离子水液面0.5～1.0cm；3)将纳米微球混合液涂在第一基片上，利用第一基片的倾角让纳米微球转移到去离子水表面；再将表面活性剂滴进去离子水液面上没有纳米微球聚集的液体表面，以驱使纳米微球密排；4)平移第二基片夹支架让第二基片移到纳米微球密排面正下方，再旋转可控流量阀门，让漏斗内的去离子水以不超过45μL/min的流速流进容器，漏斗内的去离子水液面的下沉将使纳米微球阵列覆盖到第二基片表面；5)对第二基片表面的纳米微球阵列再次处理，当液面脱离第二基片后，把第二基片取出烘干，让纳米微球之间的水汽蒸发，产生毛细管力使纳...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄胜利，余彬彬，赵瑞胜，李定国，刘璟，李书平，康俊勇，
申请(专利权)人：厦门大学，集美大学，
类型：发明
国别省市：福建;35