一种结构可控的多层纳米颗粒微阵列的制备方法技术

本发明专利技术提供了一种结构可控的多层纳米颗粒微阵列的制备方法，属于功能性高分子材料技术领域。本发明专利技术基于紫外引发表面原子转移自由基聚合(ATRP)反应在基体材料表面制备PGMA聚合物刷，随后在含PGMA聚合物刷上的基体材料上贴合光致抗蚀剂膜，利用DMD动态光投影系统加载不同的数字灰度图像，进而制备出具备不同形状的图案化薄膜，显影后将二氧化硅纳米颗粒(SiO2‑

【技术实现步骤摘要】
一种结构可控的多层纳米颗粒微阵列的制备方法


[0001]本专利技术涉及功能性高分子材料
，尤其涉及一种结构可控的多层纳米颗粒微阵列的制备方法。

技术介绍

[0002]研究人员在纳米领域取得突破性进展的同时发现纳米颗粒的阵列化对于纳米材料的性能也很大程度上影响纳米颗粒的诸多性能。纳米颗粒阵列化通常指纳米颗粒在平衡条件下，通过非共价键的作用自发地形成热力学稳定，结构确定，功能特殊的聚集体的过程。所以许多应用领域都需要大面积纳米颗粒阵列。精确调控纳米颗粒阵列化是至关重要的，纳米颗粒阵列化在放大纳米颗粒优势的同时，对开发高性能、高通量的分析检测手段及传感器件具有重要的促进作用，使得纳米颗粒微阵列在生物芯片，传感器件，药物输送等方面的应用逐渐加深。
[0003]光刻技术是指在光照作用下，借助光刻胶将掩膜版上的图形转移到基体材料上的技术，近年来被广泛应用。DMD动态光投影技术主要利用DMD独特的数字无掩模光反应平台结合光致抗蚀剂膜实现图案化薄膜的制备，因此具备反应迅速、成本低以工艺简单等优点。常用的纳米颗粒阵列化的方法包括：旋涂法、外加场力法、垂直沉积法以及乳液聚合法等，但是由于上述方法其工艺复杂，结构不可控，且无法制备具备三维空间结构纳米颗粒微阵列的缺点，限制了纳米颗粒微阵列在实际生产生活中的应用。
[0004]数字微镜器件（Digital Micro
‑
mirror Device，DMD）在投影方面优势为图案化薄膜的制备和结构可控纳米颗粒微阵列的制备提供了巨大便利。例如合肥研究院的研究人员店构建了“核
‑
卫星”结构的二维纳米颗粒阵列，通过改变组装颗粒及模板颗粒的大小和形状和成分。制备了具有丰富结构多样性的二维二元纳米颗粒阵列。这种方法制备的纳米颗粒微阵列的二维结构可控且精度高。但是，利用DMD光刻技术结合光致抗蚀剂膜制备具备三维可调控结构的多层纳米颗粒微阵列还是空白的。

技术实现思路

[0005]有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种结构可控的多层纳米颗粒微阵列的制备方法。本专利技术利用 DMD 动态光投影系统制备出具备各种形状的图案化薄膜，并以该图案化薄膜为模板将纳米颗粒填充到图案化薄膜孔隙中，从而实现不同形状的多层纳米颗粒阵列结构的可控制备。
[0006]为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供以下技术方案：本专利技术提供了一种结构可控的多层纳米颗粒微阵列的制备方法，包括以下步骤：将基体材料浸泽于多巴胺溶液中进行聚合反应，得到表面含聚多巴胺（PDA）涂层的基体材料；将所述含PDA涂层的材料浸泽于引发剂溶液中进行功能化反应，得到表面引发剂功能化的基体材料；
在所述引发剂功能化的基体材料表面涂覆聚合物反应溶液后进行表面ATRP反应，得到含聚合物刷的基体材料，所述ATRP反应借助紫外光调控；在所述含聚合物刷的基体材料表面贴合光致抗蚀剂膜，曝光，显影后得到图案化薄膜，所述曝光过程借助数字微镜器件调控；在所述图案化薄膜孔隙中滴加纳米颗粒悬浮液，35℃下蒸发溶剂，将光致抗蚀剂膜脱模后，得到结构可控的多层纳米颗粒微阵列，所述纳米颗粒为二氧化硅纳米颗粒。
[0007]优选地，所述多巴胺溶液为盐酸多巴胺/Tris
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HCl缓冲液；所述聚合物反应溶液为甲基丙烯酸缩水甘油酯/三(2
‑
苯基吡啶)合铱的N,N
‑
二甲基甲酰胺溶液。
[0008]优选地，所述盐酸多巴胺/Tris
‑
HCl缓冲液溶液中，盐酸多巴胺的浓度为1mg/mL。
[0009]优选地，所述甲基丙烯酸缩水甘油酯/三（2
‑
苯基吡啶）合铱的N,N
‑
二甲基甲酰胺溶液中甲基丙烯酸缩水甘油酯的摩尔浓度为1.81mol/L，三（2
‑
苯基吡啶）合铱的摩尔浓度为1.52mmol/L。
[0010]优选地，所述涂覆为滴加所述聚合物反应溶液于引发剂功能化的基体材料表面，覆盖体积为25μL的聚合物反应溶液形成均匀液膜。
[0011]优选地，所述引发剂溶液包含无水乙醇、Tris
‑
HCl缓冲液、3
‑
（三甲氧基硅烷基）丙基2
‑
溴
‑2‑
甲基丙酸酯。
[0012]优选地，所述引发剂溶液无水乙醇/Tris
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HCl缓冲液/ 3
‑
（三甲氧基硅烷基）丙基2
‑
溴
‑2‑
甲基丙酸酯的体积比为2：1：1。
[0013]优选地，所述引发剂功能化反应的温度为50℃，时间为6h。
[0014]优选地，所述光致抗蚀剂膜为负性，其厚度为150μm。
[0015]优选地，所述显影过程中所用显影液购自广东泰亚达光电有限公司。
[0016]优选地，所述脱模过程中使用的脱模剂为5%的NaOH水溶液，脱模时间10min。
[0017]优选地，所述纳米颗粒为二氧化硅。
[0018]本专利技术提供了一种结构可控的多层纳米颗粒微阵列的制备方法，包括以下步骤：将基体材料浸渍于多巴胺溶液中进行多巴胺的聚合反应，得到表面含聚多巴胺（PDA）涂层的基体材料；将含PDA涂层的基体材料浸泽于引发剂溶液中进行功能化反应，得到引发剂功能化的基体材料，在所述表面引发剂功能化的基体材料的涂覆聚合物反应溶液后进行表面ATRP反应，得到含聚合物刷基底，所述表面ATRP反应借助紫外调控；在所述含聚合物刷的基底表面贴合光致抗蚀剂膜后，将其置于DMD下进行曝光，曝光时间2min，随后将其置于显影液中显影10min，去离子水冲洗，并在氮气流下干燥，得到图案化薄膜；在所述图案化薄膜的孔隙当中滴加二氧化硅纳米颗粒悬浮液，滴加体积2μL，将所述含二氧化硅纳米颗粒悬浮液的图案化薄膜置于加热台蒸发溶剂，加热温度35℃，将其置于脱模剂中去除图案化薄膜，脱模时间10min。最后用去离子水清洗，并在氮气流下干燥，得到所述结构可控的多层纳米颗粒微阵列，所述纳米颗粒为二氧化硅纳米颗粒。
[0019]本专利技术是一种基于图案化薄膜实现结构可控的多层纳米颗粒微阵列制备方法，借助数字微镜器件（Digital Micro
‑
mirror Device，DMD）光辐照实现基体材料表面图案化薄膜的制备，并在图案化薄膜的孔隙当中滴加纳米颗粒悬浮液，经过显影，脱模等实验步骤，得到结构可控的多层纳米颗粒微阵列。首先在基底材料表面接枝聚合物刷图案，随后贴合光致抗蚀剂膜后利用DMD进行曝光，曝光后将含光致抗蚀剂膜的基体材料置于显影液显影，
得到图案化薄膜，在图案化薄膜的孔隙中滴加纳米颗粒悬浮液，蒸发溶剂、脱模后，得到结构可控的多层纳米颗粒微阵列。
[0020]与现有的技术相比，本专利技术具有以下优点和有益效果：（1）不同于以往纳米颗粒微阵列的制备方法，本专利技术中采用的光致抗蚀膜成本低，安全无毒，且光反应速度快，以图案化薄膜为模板可以实现多层纳米颗粒微阵列的快速制备。
[002本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种结构可控的多层纳米颗粒微阵列的制备方法，其特征在于，包括一下步骤：将基体材料浸泽于多巴胺溶液中进行聚合反应，得到表面含聚多巴胺（PDA）涂层的基体材料；将所述含PDA涂层的材料浸泽于引发剂溶液中进行功能化反应，得到表面引发剂功能化的基体材料；在所述引发剂功能化的基体材料表面涂覆聚合物反应溶液后进行表面ATRP反应，得到含聚合物刷的基体材料，所述ATRP反应借助紫外光调控；在所述含聚合物刷的基体材料表面贴合光致抗蚀剂膜，曝光，显影后得到图案化薄膜，所述曝光过程借助数字微镜器件调控；在所述图案化薄膜孔隙中滴加纳米颗粒悬浮液，35℃下蒸发溶剂，将光致抗蚀剂膜脱模后，得到结构可控的多层纳米颗粒微阵列，所述纳米颗粒为二氧化硅纳米颗粒。2.根据权力要求1所述的制备方法，其特征在于，所述多巴胺溶液为盐酸多巴胺/Tris
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HCl缓冲液；所述聚合物反应溶液为甲基丙烯酸缩水甘油酯/三（2
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苯基吡啶）合铱的N,N
‑
二甲基甲酰胺溶液。3. 根据权力要求2所述的制备方法，其特征在于，所述盐酸多巴胺/Tris
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HCl缓冲液溶液中，盐酸多巴胺的浓度为1 mg/mL。4.根据权力要求2所述的制备方法，其特征在于，所述甲基丙烯酸缩水甘油酯/三（2
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苯基吡啶）合铱的N,N
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【专利技术属性】
技术研发人员：高浩，赵海利，魏中华，邓佳，付少戈，陈涛，钟逸帆，
申请(专利权)人：昆明理工大学，
类型：发明
国别省市：