基于铁电薄膜电畴的极化组装微小颗粒有序阵列的方法技术

本发明专利技术属于电子技术领域，具体为一种基于铁电材料电畴的极化组装微小颗粒有序阵列的方法。本发明专利技术通过选择性的极化铁电薄膜的电畴而形成表面电荷的阵列图形，通过它与有极性的微小颗粒相互作用，实现微小颗粒有选择性的组装沉淀到铁电薄膜表面，从而形成微小颗粒的相应的阵列分布。采用本发明专利技术的微小颗粒组装技术，工艺简便，成本低，具有极大的应用价值。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于电子
，具体涉及一种构造铁电薄膜表面电荷阵列从而应用于 组装分布微小颗粒阵列的方法。
技术介绍
将微小颗粒有序组装是纳米材料达到应用的重要途径之一，也是器件小型化之主 要手段之一。通过组装技术可以将器件结构控制在分子乃至原子水平，保证粒子在尺度上 的高度有序性和方向性，从而推动各类微机器的制造。达到在生物医疗、电子探测等领域的 广泛应用。铁电材料是一类应用广泛的功能性材料。铁电晶体是由许多小区域(电畴)所组 成，每个电畴内的极化方向一致，而相邻电畴的极化方向则不同。从宏观来看，整个晶体是 非极化的，呈中性。但是外界作用下(如电场)，极化沿电场方向的电畴扩大。当所有电畴都 沿外电场方向，整个晶体成为单畴晶体，此时铁电薄膜相应的被极化区域的表面会有束缚 电荷产生来屏蔽铁电薄膜电畴被极化后的内建电场。我们通过选择性的极化铁电薄膜，使 得其表面形成相应的图形化分布的电荷，使其与需要被组装的粒子相互作用(正负电荷吸 引)，从而完成粒子的阵列图形化沉积。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提出一种基于铁电薄膜电畴的极化组装微小颗粒有序 阵列的方法，以用于电子、生物医疗等领域。本专利技术提出的，具体包括 如下步骤(1)在衬底上淀积铁电薄膜；(2)极化铁电薄膜电畴；(3)将极化后的铁电材料置于溶液中；(4)从溶液中取出铁电薄膜并将其干燥。本专利技术中，所述在衬底上沉积铁电薄膜的方法，包括旋涂、化学方法淀积或物理 方法淀积等。本专利技术中，所述衬底包括硅、钼、钌、铱、铬、金、氧化铱或玻璃等。本专利技术中，所述的微小颗粒可以是金属颗粒、生物分子或细胞等。本专利技术中，所述的铁电薄膜的材料包括锆钛酸铅、钛酸锶铋、钛酸铋镧、钛酸钡锶 或聚偏二氟乙烯基铁电材料等。本专利技术中，所述的极化铁电薄膜电畴的方法包括外加电场、紫外线照射、 化学腐蚀方法或压印技术等。本专利技术中，所述的将极化后的铁电材料置于溶液中的溶液为含有一定的带极性的 正负离子或者生物分子等的溶液。本专利技术中，所述的对从溶液中取出的铁电薄膜进行干燥的干燥方法包括热板加热 和风干等。本专利技术所提供的组装微小颗粒有序阵列的方法可以有效实现的微小颗粒的二维 阵列分布，应用广泛，大大降低生产成本。附图说明图1-图5为依据本专利技术方法的实例过程剖面示意图。图中标号100硅衬底，102钼金衬底，104锆钛酸铅铁电薄膜，106外加电场设 备，108含有正负离子或者生物分子、细胞的溶液，110阵列分布的微小颗粒。具体实施方式下文结合图示在参考实施例中更具体地描述本专利技术，本专利技术提供优选实施例，但 不应该被认为仅限于在此阐述的实施例。在图中，为了方便说明，放大了层和区域的厚度， 所示大小并不代表实际尺寸。参考图是本专利技术的理想化实施例的示意图，本专利技术所示的实施例不应该被认为仅 限于图中所示区域的特定形状，在本专利技术实施例中，均以光栅结构表示，图中的表示是示意 性的，但这不应该被认为限制本专利技术的范围。图1-图5为依据本专利技术方法应用的实例的制备过程剖面示意图。图1为衬底100与102的横截面图。所选择的衬底可以为硅，钼，钌，铱，铬，金以 及氧化铱，或玻璃。本文中实例选择的是硅和钼。图2为在衬底100上旋涂一层铁电薄膜104后的横截面图，铁电薄膜可以为锆钛 酸铅或聚偏二氟乙烯基等铁电材料。本实例使用的是锆钛酸铅，以3000r/min旋涂在衬底 102上，然后在345-360摄氏度(优选350摄氏度)的热板上对其加热4_8分钟(优选分钟)， 然后再在600-700摄氏度(优选650摄氏度)下退火12-16分钟，从而得到铁电薄膜104。图3为对104铁电薄膜的电畴进行极化的横截面图，极化方法可以为电场、紫外照 射、化学腐蚀或纳米压印技术等。本实例采用利用压电原子力显微设备106利用外加电场 (针尖加负电压，衬底接地)对锆钛酸铅铁电薄膜104进行极化。外加电场的分布为光栅阵 列图形，从而得到光栅分布的被极化(电畴极化方向朝上)的铁电薄膜104-1。图4为将极化过后的铁电薄膜浸入含有正负离子或带生物分子或细胞的溶液108 中的示意图。本例中采用的是四氯合金酸溶液。将极化后的锆钛酸铅铁电薄膜浸入该溶液 中，置于空气环境中15-25分钟，由于铁电薄膜电畴的朝上极化，即使得极化区域表面带 上了相应的负电荷，溶液中的金离子就会在相应的负电荷分布区域进行氧化而进行沉淀， 形成金颗粒的分布。图5为在铁电薄膜上完成微小颗粒组装分布的截面图。本例中使用的是锆钛酸铅 铁电薄膜，完成了金颗粒的光栅装的组装分布。在不偏离本专利技术的精神和范围的情况下还可以构成许多有很大差别的实施例。应 当理解，除了如所附的权利要求所限定的，本专利技术不限于在说明书中所述的具体实施例。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于铁电材料电畴的极化组装微小颗粒有序阵列的方法，其特征在于通过选择性的极化铁电材料的电畴，使得铁电材料表面带上图形化分布的表面电荷，进而与带有极性的微小颗粒相互作用，使微小颗粒选择性地组装在铁电材料表面，具体步骤为：（１）在衬底上淀积铁电薄膜；（２）极化铁电薄膜电畴；（３）将极化后的铁电材料置于溶液中；（４）从溶液中取出铁电薄膜并将其干燥。

【技术特征摘要】
1.一种基于铁电材料电畴的极化组装微小颗粒有序阵列的方法，其特征在于通过选择 性的极化铁电材料的电畴，使得铁电材料表面带上图形化分布的表面电荷，进而与带有极 性的微小颗粒相互作用，使微小颗粒选择性地组装在铁电材料表面，具体步骤为(1)在衬底上淀积铁电薄膜；(2)极化铁电薄膜电畴；(3)将极化后的铁电材料置于溶液中；(4)从溶液中取出铁电薄膜并将其干燥。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于在衬底上形成铁电薄膜淀积的方法为旋 涂、化学方法淀积或物理方法淀积。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述的衬底为硅、钼、钌、铱、铬、金、氧化 铱或玻璃。4.根据权利要求1、2或3所述的方法，其特征在于所述的微...

【专利技术属性】
技术研发人员：沈臻魁，陈国平，刘冉，
申请(专利权)人：复旦大学，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]