微纳材料自组装的方法和基板与应用技术

本发明专利技术涉及微纳材料的自组装领域，公开了微纳材料自组装的方法和基板与应用。一种微纳材料自组装的方法，包括：(A)将含有聚合物的墨水打印在具有亲水性的基底表面，墨水中的聚合物在所述基底表面形成多个凸起的图案化结构单元，得到具有图案化结构单元的基底；(B)将含有微纳材料的组装液滴加到所述具有图案化结构单元的基底的表面，得到含有组装液的基底；(C)将具有疏水性的盖片覆盖所述含有组装液的基底，并将所述组装液中的溶剂挥发或蒸发，所述微纳材料在所述图案化结构单元的边缘进行自组装；然后将所述盖片剥离，得到具有图案化的微纳材料的基底。该方法具有简单快捷，可控性强，均一性好，制备成本低廉，便于大规模生产的优点。

Self-assembly of micro-nano materials: methods, substrates and Applications

【技术实现步骤摘要】
微纳材料自组装的方法和基板与应用
本专利技术涉及微纳材料的自组装领域，具体涉及微纳材料自组装的方法和基板与应用。
技术介绍
近些年来纳米科技发展迅速，以微米和/或纳米材料(微纳材料)为基础的多维度纳米粒子的合成，组装以及应用，在柔性器件，拉曼传感，光子晶体等各个领域都受到了广泛地重视与研究。其中实现颗粒的有序组装以及不同微纳材料的可控图案化是探索材料物化性质，制备高性能光电器件的桥梁与纽带。随着电子器件的微型化以及人们对器件灵敏度、多功能性要求的不断提高，开发高精度微纳器件对科学的进步以及社会的发展意义重大。其中，以“自上而下”的微加工技术为核心的光刻蚀法、电子束刻蚀法以及微接触印刷法由于制备工艺复杂且成本较高，在大面积图案化方面的应用受到限制；而打印技术虽然能够实现大面积的图案直写，且制备简便，成本低廉，但是利用这些方法所得到的图案虽然能够达到纳米尺寸，但是形貌可控性较差，且难以实现大面积制备。因此，如何利用简单高效普适的方法，实现微纳材料的可控图案化制备在推动科学发展与社会进步方面意义深远。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了克服现有技术存在的难以简单、可控、高效、大面积地制备图案化的微纳材料问题，提供微纳材料进行自组装的制备方法和基板与应用，该方法具有简单快捷，可控性强，均一性好，制备成本低廉，便于大规模生产的优点。为了实现上述目的，本专利技术第一方面提供了一种微纳材料自组装的方法，包括：(A)将含有聚合物的墨水打印在具有亲水性的基底表面，墨水中的聚合物在所述基底表面形成多个凸起的图案化结构单元，得到具有图案化结构单元的基底；(B)将含有微纳材料的组装液滴加到所述具有图案化结构单元的基底的表面，得到含有组装液的基底；(C)将具有疏水性的盖片覆盖所述含有组装液的基底，并将所述组装液中的溶剂挥发或蒸发，所述微纳材料在所述图案化结构单元的边缘进行自组装；然后将所述盖片剥离，得到具有图案化的微纳材料的基底；或者，(A)将含有聚合物的墨水打印在具有亲水性的基底表面，墨水中的聚合物在所述基底表面形成多个凸起的图案化结构单元，得到具有图案化结构单元的基底；(B)将含有微纳材料的组装液滴加到所述具有图案化结构单元的基底的表面，得到含有组装液的基底；(C)将具有疏水性的盖片覆盖所述含有组装液的基底，并将所述组装液中的溶剂挥发或蒸发，所述微纳材料在所述图案化结构单元的边缘进行自组装；然后将所述盖片剥离，得到具有图案化的微纳材料的基底；(D)将所述图案化结构单元进行去除。本专利技术第二方面提供了由上述的方法制得的含有微纳材料的基板，该基板包括基底、在基底表面形成的凸出的聚合物结构单元图案和在所述聚合物结构单元图案边缘形成的图案化的微纳材料，或者，该基板包括基底、在基底表面形成的图案化的微纳材料。本专利技术第三方面提供了上述的含有微纳材料的基板在激光器、太阳能电池、柔性传感器件或发光二极管中的应用。本专利技术是利用打印的方法将含有聚合物的墨水打印在具有亲水性的基底表面上，墨水中的溶剂挥发后，墨水中的聚合物形成多个凸起的图案化结构单元(图案化的模板)，然后将凸起的图案化结构单元作为模板，将含有微纳材料的组装液滴加到具有图案化结构单元的基底的表面，再将具有疏水性的盖片覆盖(盖压)在含有组装液的基底的表面上，构成由疏水盖片、含有微纳材料的组装液和图案化基底组成的限域组装体系，从而诱导微米和/或纳米材料(微纳材料)自组装，实现了微纳材料在凸起的图案化结构单元的边缘的原位精细自组装。制备得到含有微纳材料的基板，制备方法简单快捷，可控性强，均一性好，制备成本低廉，便于大规模生产，能够制备得到含有高精度的微纳材料的基板。附图说明图1是本专利技术实施例1或实施例2的具有图案化结构单元的基底的光学显微镜图片；图2是本专利技术实施例1的具有图案化的微纳材料的基底的扫描电子显微镜图片；图3是本专利技术实施例2的具有图案化的微纳材料的基底的扫描电子显微镜图片；图4是本专利技术实施例3的具有图案化的微纳材料的基底的扫描电子显微镜图片；图5是本专利技术实施例4的图案化的微纳材料的基底的扫描电子显微镜图片。具体实施方式在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。本专利技术第一方面提供了一种微纳材料自组装的方法，包括：(A)将含有聚合物的墨水打印在具有亲水性的基底表面，墨水中的聚合物在所述基底表面形成多个凸起的图案化结构单元，得到具有图案化结构单元的基底；(B)将含有微纳材料的组装液滴加到所述具有图案化结构单元的基底的表面，得到含有组装液的基底；(C)将具有疏水性的盖片覆盖所述含有组装液的基底，并将所述组装液中的溶剂挥发或蒸发，所述微纳材料在所述图案化结构单元的边缘进行自组装；然后将所述盖片剥离，得到具有图案化的微纳材料的基底；或者，(A)将含有聚合物的墨水打印在具有亲水性的基底表面，墨水中的聚合物在所述基底表面形成多个凸起的图案化结构单元，得到具有图案化结构单元的基底；(B)将含有微纳材料的组装液滴加到所述具有图案化结构单元的基底的表面，得到含有组装液的基底；(C)将具有疏水性的盖片覆盖所述含有组装液的基底，并将所述组装液中的溶剂挥发或蒸发，所述微纳材料在所述图案化结构单元的边缘进行自组装；然后将所述盖片剥离，得到具有图案化的微纳材料的基底；(D)将所述图案化结构单元进行去除。在本专利技术中，属于“微纳材料”是指长宽高有一个维度的尺寸为微米和/或纳米的材料。根据本专利技术的方法，所述打印的方法可以为喷墨打印方法、直接打印方法等。例如，按照目标图案设定参数，利用直写打印方法，将含有聚合物的墨水打印在具有亲水性的基底表面上。打印的精度根据目标产品的需要而定。根据本专利技术的方法，将含有聚合物的墨水打印在具有亲水性的基底表面，自然干燥或烘干，使得墨水中的溶剂挥发，墨水中的聚合物在所述基底表面形成多个凸起的图案化结构单元，得到具有图案化结构单元的基底。根据本专利技术的方法，所述墨水可以含有聚合物和溶剂；优选地，以所述墨水的总体积计，聚合物的含量为10体积％～80体积％，溶剂的含量为20体积％～90体积％。根据本专利技术的方法，所述聚合物可以为热固化树脂和/或光固化树脂。具体地，所述聚合物可以为聚乙烯醇、聚苯乙烯、聚碳酸酯、光刻胶、聚甲基丙烯酸甲酯和环氧树脂中的一种或多种。所述“光刻胶”是指主要含有树脂、感光剂、溶剂及添加剂，其中树脂是粘合剂，感光剂是光活性极强的化合物，它在光刻胶内的含量与树脂相当，两者同时溶解在溶剂中，以液态形式保存，以便于使用。所述光刻胶为本领域常规的光刻胶，例如光刻胶的AZ系列的AZ1560，光刻胶的SU8系列的GM1070。所述光刻胶可以为商购产品。根据本专利技术的方法，所述墨水中的溶剂以能够溶解所述聚合物为目的，例如可以为乙醇、丙酮、甲苯、苯和氯仿中的一种或多种。根据本专利技术的方法，所述组装液可以包括微纳材料、溶剂和表面活性剂。优选所述微纳材料的尺寸为1nm～100μm，其中，所述尺寸是指长宽高有一个维度的尺寸为1nm～100μm。根据本专利技术的方法，以组装液的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种微纳材料自组装的方法，包括：(A)将含有聚合物的墨水打印在具有亲水性的基底表面，墨水中的聚合物在所述基底表面形成多个凸起的图案化结构单元，得到具有图案化结构单元的基底；(B)将含有微纳材料的组装液滴加到所述具有图案化结构单元的基底的表面，得到含有组装液的基底；(C)将具有疏水性的盖片覆盖所述含有组装液的基底，并将所述组装液中的溶剂挥发或蒸发，所述微纳材料在所述图案化结构单元的边缘进行自组装；然后将所述盖片剥离，得到具有图案化的微纳材料的基底；或者，(A)将含有聚合物的墨水打印在具有亲水性的基底表面，墨水中的聚合物在所述基底表面形成多个凸起的图案化结构单元，得到具有图案化结构单元的基底；(B)将含有微纳材料的组装液滴加到所述具有图案化结构单元的基底的表面，得到含有组装液的基底；(C)将具有疏水性的盖片覆盖所述含有组装液的基底，并将所述组装液中的溶剂挥发或蒸发，所述微纳材料在所述图案化结构单元的边缘进行自组装；然后将所述盖片剥离，得到具有图案化的微纳材料的基底；(D)将所述图案化结构单元进行去除。

【技术特征摘要】
1.一种微纳材料自组装的方法，包括：(A)将含有聚合物的墨水打印在具有亲水性的基底表面，墨水中的聚合物在所述基底表面形成多个凸起的图案化结构单元，得到具有图案化结构单元的基底；(B)将含有微纳材料的组装液滴加到所述具有图案化结构单元的基底的表面，得到含有组装液的基底；(C)将具有疏水性的盖片覆盖所述含有组装液的基底，并将所述组装液中的溶剂挥发或蒸发，所述微纳材料在所述图案化结构单元的边缘进行自组装；然后将所述盖片剥离，得到具有图案化的微纳材料的基底；或者，(A)将含有聚合物的墨水打印在具有亲水性的基底表面，墨水中的聚合物在所述基底表面形成多个凸起的图案化结构单元，得到具有图案化结构单元的基底；(B)将含有微纳材料的组装液滴加到所述具有图案化结构单元的基底的表面，得到含有组装液的基底；(C)将具有疏水性的盖片覆盖所述含有组装液的基底，并将所述组装液中的溶剂挥发或蒸发，所述微纳材料在所述图案化结构单元的边缘进行自组装；然后将所述盖片剥离，得到具有图案化的微纳材料的基底；(D)将所述图案化结构单元进行去除。2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述墨水含有聚合物和溶剂；优选地，以所述墨水的总体积计，聚合物的含量为10体积％～80体积％，溶剂的含量为20体积％～90体积％；优选地，所述聚合物为热固化树脂和/或光固化树脂；优选所述聚合物为聚乙烯醇、聚苯乙烯、聚碳酸酯、光刻胶、聚甲基丙烯酸甲酯和环氧树脂中的一种或多种；优选地，所述溶剂为乙醇、丙酮、甲苯、苯和氯仿中的一种或多种。3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述组装液包括微纳材料、溶剂和表面活性剂，优选所述微纳材料的尺寸为1nm～100μm；优选地，以组装液的总重量计，微纳材料的含量为0.1重量％～3重量％，溶剂的含量为96重量％～99重量％，表面活性剂的含量为0.01重量％～1重量％；优选地，所述微纳材料为金属微纳颗粒、无机微纳颗粒、无机材料与金属的复合微纳颗粒、有机染料小分子、聚合物微纳颗粒、金属微纳线和高...

【专利技术属性】
技术研发人员：李凯旋，李会增，李明珠，宋延林，
申请(专利权)人：中国科学院化学研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11