一种层数可控胶体晶体的自组装生长方法技术

一种层数可控胶体晶体的自组装生长方法，涉及一种胶体晶体的自组装生长方法，解决现有胶体晶体的制备方法较复杂、不易控制，很难得到层数可控的胶体晶体的问题。本发明专利技术的方法：一、将基片进行清洗处理；二、配制胶体粒子悬浮液；三、将步骤一处理的基片插入步骤二配制的胶体粒子悬浮液中，放置在恒温培养箱中２～３天即可。本发明专利技术方法工艺简单，效率高、易于控制、重复性好，克服现有方法自组装生长胶体晶体层数不易控制、及得到的胶体晶体有序度不高的问题，能生长大面积高度有序、层数可控的胶体晶体。本发明专利技术自组装得到的层数可控胶体晶体为深入研究光子晶体的结构和光学性质提供了材料，同时为三维有序大孔材料提供了更为理性和精确的模板。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种胶体晶体的自组装生长方法。
技术介绍
胶体晶体(colloidal crystal)是指悬浮于溶液中的单分散胶体粒子自组装排列 成的三维有序周期结构。胶体晶体中占据每个晶格点的是一个小的胶体粒子，而不是普通 晶体的分子或原子。由于胶体粒子周期性排列的有序结构，使其产生了诸如光衍射、光子带 隙等极具应用价值的特性，可作为光子晶体在滤光器、光开关、高密度磁性数据存储器件、 化学和生物传感等方面具有重要的应用前景。此外胶体光子晶体可以作为模板制备具有完 全光子带隙的三维有序多孔结构，这种有规则排列的多孔材料在催化、吸附和分离等方面 也具有重要的应用价值。目前可以用多种方法自组装胶体晶体，如重力沉降法、气液界面组装法，垂直沉积 法，电泳沉积法等。中国专利技术专利ZL01130031. 0公开了一种三维有序胶体晶体的方法，该 方法是将单分散胶体粒子乳液加入电解质调节离子强度，并通过蒸发溶剂获得胶体晶体。 中国专利技术专利ZL03131989. 0公开了一种二维、三维胶体晶体的自组装方法。该方法设置微 小通道，并通过通道内的毛细吸引使胶体粒子自组装成二维、三维胶体晶体结构。但是上面 的方法无法精确控制胶体晶体的厚度和层数。中国专利技术专利ZL200510041578. 2公开了一 种控制胶体微球自组装的方法，该方法通过在选定的模板材料上滴加适量溶剂，形成溶剂 膜，并与另一模板对合在一起在模板之间形成均勻液膜，将两层模板浸入到胶体粒子悬浮 液中自组装形成胶体晶体。通过溶剂膜的厚度和胶体粒子悬浮液的浓度可以控制胶体晶体 的层数。该方法的制备过程比较复杂，溶剂膜的厚度难以精确控制，且形成的有序结构由于 是在模板之间，易随着模板的分离而造成破坏。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了解决现有胶体晶体的制备方法较复杂、不易控制，很难得到 层数可控的胶体晶体的问题，本专利技术提供了。本专利技术的层数可控胶体晶体的自组装生长方法，是通过以下步骤实现的一、将基 片依次在丙酮、甲醇和超纯水中超声清洗20 30min，然后再用臭氧处理30 60min，再 干燥；二、将胶体粒子和分散溶剂装入平底试管中，配制质量分数为0. 005% 2%的胶体 粒子悬浮液，其中分散溶剂为超纯水和无水乙醇中的一种或者两种的混合物；三、将步骤一 处理后的基片以与平底试管底部呈60° 80°的角度插入胶体粒子悬浮液中，并将基片 完全浸入胶体粒子悬浮液中，然后将平底试管置于温度为50 65°C的恒温培养箱中2 3天，保持恒温箱内相对湿度为50% 70%，待溶剂完全挥发后，即在基片表面得到层数可 控的胶体晶体，完成层数可控胶体晶体的自组装生长方法。本专利技术步骤一中所述基片为普通玻璃基片、ITO导电玻璃片、石英玻璃片或者硅 片。步骤二中所述胶体粒子为单分散的二氧化硅(SiO2)、聚苯乙烯(PS)或者聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)微球，或者上述之一种胶体粒子外面包覆金、银、铜、钼或TiO2形成的纳米颗 粒；胶体粒子的粒径为100 lOOOnm，胶体粒子的粒径标准偏差小于5%。本专利技术提供了一种简单的自组装生长层数可控的胶体晶体的方法，得到包括二维 和三维的胶体晶体。本专利技术的方法工艺简单，效率高、易于控制、且重复性好，克服了现有方 法自组装生长胶体晶体层数不易控制，及得到的胶体晶体有序度不高的问题，可以生长大 面积高度有序、层数可控的胶体晶体。本专利技术的自组装生长方法通过控制胶体晶体的生长温度和湿度、胶体粒子悬浮液 的质量浓度，使得液体内部形成持续稳定的对流回路，有利于保持胶体粒子在溶剂中的分 散性，有效地克服了自组装过程中胶体晶体的层数不容易控制的问题，使胶体粒子的自组 装在很大范围内能够可控。本专利技术自组装得到的层数可控胶体晶体为深入研究光子晶体的结构和光学性质 提供了材料，同时为三维有序大孔材料提供了更为理性和精确的模板。结合物理和化学沉 积、选择性刻蚀等技术，利用层数可控的胶体晶体构筑二维或三维的有序结构，可促进图案 化技术研究的进一步发展。附图说明图1是具体实施方式六的单层聚苯乙烯胶体晶体的扫描电镜图；图2是具体实施 方式七的两层聚苯乙烯胶体晶体的扫描电镜图；图3是具体实施方式八的三层聚苯乙烯胶 体晶体的扫描电镜图；图4是具体实施方式九的四层聚苯乙烯胶体晶体的扫描电镜图；图5 是具体实施方式十的六层聚苯乙烯胶体晶体的扫描电镜图；图6是具体实施方式十一的七 层聚苯乙烯胶体晶体的扫描电镜图；图7是具体实施方式十二的九层聚苯乙烯胶体晶体的 扫描电镜图；图8是具体实施方式十三的十层聚苯乙烯胶体晶体的扫描电镜图；图9是具 体实施方式十四的单层二氧化硅胶体晶体放大8万倍的扫描电镜图；图10是具体实施方式 十四的单层二氧化硅胶体晶体放大1万倍的扫描电镜图。具体实施例方式本专利技术技术方案不局限于以下所列举具体实施方式，还包括各具体实施方式间的 任意组合。具体实施方式一本实施方式为层数可控胶体晶体的自组装生长方法，层数可控 胶体晶体的自组装生长方法是通过以下步骤实现的一、将基片依次在丙酮、甲醇和超纯水 中超声清洗20 30min，然后再用臭氧处理30 60min，再干燥；二、将胶体粒子和分散 溶剂装入平底试管中，配制质量分数为0. 005% 2%的胶体粒子悬浮液，其中分散溶剂为 超纯水和无水乙醇中的一种或者两种的混合物；三、将步骤一处理后的基片以与平底试管 底部呈60° 80°的角度插入胶体粒子悬浮液中，并将基片完全浸入胶体粒子悬浮液中， 然后将平底试管置于温度为50 65°C的恒温培养箱中，保持恒温箱内相对湿度为50% 70%，待溶剂完全挥发后，即在基片表面得到层数可控的胶体晶体，完成层数可控胶体晶体 的自组装生长方法。本实施方式步骤二中分散溶剂为两种的混合物时，超纯水和无水乙醇以任意比混口 O本实施方式的方法工艺简单，效率高、易于控制、且重复性好，克服了现有方法自 组装生长胶体晶体层数不易控制，及得到的胶体晶体有序度不高的问题，可以生长大面积 高度有序、层数可控的、完整的胶体晶体。本实施方式主要通过控制胶体粒子悬浮液的质量浓度来精确控制胶体晶体的层 数，从而使得生长的胶体晶体更有序。具体实施方式二 本实施方式与具体实施方式一不同的是步骤一中所述基片为普 通玻璃基片、ITO导电玻璃片、石英玻璃片或者硅片。其它步骤及参数与具体实施方式一相 同。具体实施方式三本实施方式与具体实施方式一或二不同的是步骤二中所述胶体 粒子为单分散的二氧化硅(SiO2)、聚苯乙烯(PS)或者聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)微球，或者 上述之一种胶体粒子外面包覆金、银、铜、钼或TiO2形成的纳米颗粒。其它步骤及参数与具 体实施方式一或二相同。本实施方式中胶体粒子的粒径为100 lOOOnm，胶体粒子的粒径标准偏差小于5%。具体实施方式四本实施方式与具体实施方式一、二或三不同的是步骤二中将胶 体粒子和分散溶剂装入平底试管中，配制质量分数为0. 01% 0. 2%的胶体粒子悬浮液， 其中分散溶剂为超纯水。其它步骤及参数与具体实施方式一、二或三相同。本实施方式的胶体粒子为聚苯乙烯(PS)微球，粒径为545士 lOnm。具体实施方式五本实施方式与具体实施方式一、二或三不同的是步骤二中将胶 体粒子和分散溶剂装入平底试管本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种层数可控胶体晶体的自组装生长方法，其特征在于层数可控胶体晶体的自组装生长方法，是通过以下步骤实现的：一、将基片依次在丙酮、甲醇和超纯水中超声清洗２０～３０ｍｉｎ，然后再用臭氧处理３０～６０ｍｉｎ，再干燥；二、将胶体粒子和分散溶剂装入平底试管中，配制质量分数为０．００５％～２％的胶体粒子悬浮液，其中分散溶剂为超纯水和无水乙醇中的一种或者两种的混合物；三、将步骤一处理后的基片以与平底试管底部呈６０°～８０°的角度插入胶体粒子悬浮液中，并将基片完全浸入胶体粒子悬浮液中，然后将平底试管置于温度为５０～６５℃的恒温培养箱中２～３天，保持恒温箱内相对湿度为５０％～７０％，待溶剂完全挥发后，即在基片表面得到层数可控胶体晶体，完成层数可控胶体晶体的自组装生长方法。

【技术特征摘要】
一种层数可控胶体晶体的自组装生长方法，其特征在于层数可控胶体晶体的自组装生长方法，是通过以下步骤实现的一、将基片依次在丙酮、甲醇和超纯水中超声清洗20～30min，然后再用臭氧处理30～60min，再干燥；二、将胶体粒子和分散溶剂装入平底试管中，配制质量分数为0.005％～2％的胶体粒子悬浮液，其中分散溶剂为超纯水和无水乙醇中的一种或者两种的混合物；三、将步骤一处理后的基片以与平底试管底部呈60°～80°的角度插入胶体粒子悬浮液中，并将基片完全浸入胶体粒子悬浮液中，然后将平底试管置于温度为50～65℃的恒温培养箱中2～3天，保持恒温箱内相对湿度为50％～70％，待溶剂完全挥发后，即在基片表面得到层数可控胶体晶体，完成层数可控胶体晶体的自组装生长方法。2.根据权利要求1所述的一种层数可控胶体晶体的自组装生长方法，其特征在于步骤 一中所述基片为普通玻璃基片、ITO导电玻璃片、石英玻璃片或者硅片。3.根据权利要求1所述的一种层数可控胶体晶体的自组装生长方法，其特征在于步骤 二中所述胶体粒子为单分散的二氧化硅、聚苯乙烯或者聚甲基丙烯酸甲酯微球，或者上述 之一种胶体粒子外面包覆金、银、铜、钼或TiO2形成的纳米颗粒。4.根据权利要求1、2或3所述的一种层数可控胶体晶体的自组装生长方法，其特征在 于步骤二中将胶体粒子和分散溶剂装入平底试管中，配制质量分数为0. 01% 0. 2%的胶 体粒子悬浮液，其中分散溶剂为超纯水，胶体粒子为聚苯乙烯微球。5.根据权利要求1、2或3所述的一种层数可控胶体晶体的自组装生长方法，其特征在 于步骤二中将胶体粒子和分散溶剂装入平底试管中，配制质量分数为0. 05% 0. 8%的胶 体粒子悬浮液，其中分散溶剂为超纯水，胶体粒子为二氧化硅微球。6.根据权利要求1所述的一种层数可控胶体晶体的自组装生长方法，其特征在于层 数可控胶体晶体的自组装生长方法，是通过以下步骤实现的一、将普通玻璃基片依次在丙 酮、甲醇和超纯水中超声清洗20 30min，然后再用臭氧处理60min，再干燥...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵九蓬，丁艳波，李垚，詹耀辉，邢麒麟，范曾，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：93[中国|哈尔滨]