本发明专利技术提供了一种基于工业化应用的斜面诱导自组装胶态晶体的方法，其包括如下步骤：（1）基底的准备：包括清洗和亲水化处理；（2）制备胶液：将微米球或纳米球分散在溶剂中，得到一定浓度的胶液；（3）将步骤（1）准备好的基底固定在某斜面上；（4）将步骤（3）含有基底的斜面放在恒温装置中；（5）在基底的顶部均匀地滴一排胶液，胶液沿着斜面流下，最后铺满整个基底；（6）干燥后，即得胶态晶体。本发明专利技术通过简单的装置，巧妙地利用自然界存在的力，通过上述方法，实现了在工业化大面积基底上的微米球和纳米球晶体的自组装。该晶体在现代半导体工业、微纳加工、数据存储、光学工程和微纳掩模（小球印刷术）等领域有非常好的应用前景。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及胶态晶体领域，具体涉及一种。
技术介绍
近年来，小球组装成胶态晶体引起了科技工作者的极大兴趣。这是因为胶态晶体有着多方面的应用和潜在应用，例如它可以用于纳米印刷术，生物传感，表面等离子体，数据存储，光子晶体等。随着人们对器件的小型化日益追逐，微纳加工技术越来越受到人们的重视。而胶态晶体在微米、纳米印刷工艺方面的作用，有望取代昂贵而耗时的电子束刻蚀、 离子束刻蚀、光刻等设备，在工业化浪潮中发挥不可替代的作用。该技术与工业化生产高度兼容，具有工艺简单、成本低廉、可重复性好等优点。制备胶态晶体的技术有多种，比如匀胶法、电场辅助自组装法、提拉法及捞膜法等。然而获得大面积的胶态晶体一直以来就是一个极大的挑战，目前仍然没有很好的制备技术。Fischer等人用匀胶法获得了 10 μ m尺度上的单层球，但是这些胶态晶体包含了各种缺陷，如点缺陷、线缺陷和错位等。电场辅助自组装法需要特别的装置，即在胶液里插入两个平行板(电极)，然后加电场，已经带电的小球在电场的作用下向某一侧电极移动。然而，这种方法也只能制备小区域的小球阵列结构。提拉法对制备胶态晶体的装置要求不高，但一个极大的缺陷是把基底从胶液里提拉出来时，难免产生振动，这样就会使得获得的胶态晶体产生各种不可预料的缺陷。捞膜法的过程比较繁琐，首先需要在某种液体(如水、油或者水银等)里首先获得单层密排的小球阵列，然后用基底从液面下方打捞小球，最后把小球转移到目标基底上。显然，这种方法不仅过程繁琐，而且对手工艺要求比较高，液面的单层密排球也难以完美地转移到目标基底上。总之，目前现有的制备胶态晶体的这些方法要么只能小面积制备局部单晶，难以得到大面积的胶态晶体；要么生产过程过于复杂，生产周期长和需要特别装置等，不利于作为工业化应用的胶态晶体生产方法。
技术实现思路
为了解决上述问题，本专利技术通过简单的装置，巧妙地利用自然界存在的力，提供了一种基于工业化应用的斜面诱导自组装胶态晶体的方法，实现了在工业化大面积基底上的微米球和纳米球晶体的自组装。本专利技术还提供了上述方法组装的胶态晶体。该晶体在现代半导体工业、微纳加工、数据存储、光学工程和微纳掩模(小球印刷术)等领域有非常好的应用前景。为了实现本专利技术的目的，特提供了一种胶态晶体的制作方法，通过调控组装小球晶体时斜面的倾斜角度、胶液的浓度、组装温度、小球的分散系，获得大面积(涵盖整个基底)的胶态单晶。本专利技术的实现是基于以下力学和热力学机理当与基底浸润性良好的胶液滴到基底的顶部时，胶液在重力和剪切力的作用下，胶液沿着斜面从上而下铺展开来，最后分散成一层均匀的液膜。显然顶部的液膜会先干燥。当液面的高度接近小球的直径时，小球间周围的弯液面产生了极大的毛细作用力，毛细作用力使得小球紧密排列，从而形成了密排成核区，下方的小球通过对流的作用输运到上方的小球成核区。液膜从上至下逐渐干燥，最后形成了在整个基底上都密排的小球阵列结构即胶态晶体。从热力学角度分析，胶态晶体的自组装过程就是相变过程，在不同的热力学环境下会形成不同的相。各种环境下，它们都遵循“形成能量最低态”这一原则。而能量最低态对应的实物空间状态就是密排状态。所以，通过仔细调节组装小球晶体时斜面的倾斜角度、胶液的浓度、组装温度、小球的分散系等因素就可以获得单层或者多层密排的胶态晶体。所得胶态晶体自组装效果示意图如图1所示。本专利技术解决其技术问题所采用的具体技术方案是一种基于工业化应用的斜面诱导自组装胶态晶体的方法，其包括如下步骤(I)基底的准备包括清洗和亲水化处理； (2)制备胶液将微米球或纳米球分散在溶剂中，得到一定浓度的胶液；(3)将步骤(I)准备好的基底固定在某斜面上；(4)将步骤(3)含有基底的斜面放在恒温装置中；(5)在基底的顶部均匀地滴一排胶液，胶液沿着斜面流下，最后铺满整个基底；(6)干燥后，即得胶态晶体。优选的，所述微米球或纳米球为聚苯乙烯小球或二氧化硅小球等球状物体，其直径范围为50nnT3iim。优选的，所述有机溶剂为水、乙醇、乙二醇或乙醇和乙二醇的混合物；更优选的，所述有机溶剂为体积比为10:1飞1的乙醇和乙二醇的混合物，该混合物与基底的浸润性良好；最优选的，所述乙醇和乙二醇的体积比为6:1。优选的，所述胶液的体积浓度为0. 59^20% ;更优选的，胶液的体积浓度为39^20% ；最优选的，所述胶液的体积浓度为10%。优选的，步骤(4)所述恒温装置温度控制范围为25 90°C，更优选的，温度控制范围是65°C 80°C ;最优选的所述温度为75°C。其中，步骤(I)中所述清洗没有严格限制，可以是现有任意清洗方法，如按RCA程序法(Kern和Puotinen提出)清洗。步骤(I)中所述亲水化处理也没有严格限制，即只要能得到亲水化处理的基底即可，如亲水处理可以是将清洗干净的基底放入过氧化氢和浓硫酸的混合液中进行浸泡处理，浸泡时间至少6小时以上。过氧化氢和浓硫酸的体积比也无严格比例限制，本专利技术采用过氧化氢和浓硫酸的体积比为1:3。本专利技术所用基底可以是市场上现有的任意基底，其取决于所要应用的领域需要的胶态晶体的面积大小，如硅片、玻璃、太阳能电池片等。步骤(3)中所述斜面可以是任意角度的斜面，斜面角度0在(T90°以内，胶液都可以自由流下或铺展开；优选的，所述斜面角度0为30°。步骤(6)所述干燥为在恒温装置中，在特定温度条件下将液体挥发干；所述特征温度为步骤(4)所述恒温装置中的温度，其范围为25 9(TC，更优选的，温度控制范围是65 0C 80°C。本专利技术还提供了上述方法组装的胶态晶体。该胶状晶体适合工业化生产大面积制备，面积可达156mmX 156mm。本专利技术与现有技术相比如有以下优点(I)本专利技术制备的胶态晶体适用于大范围尺寸的小球(50ηπΓ3 μ m)组装。(2)本专利技术制作的胶态晶体容易在大面积基底(如156mm太阳能电池片)上制作，且重复性高；而现有其他的方法不能达到大面积组装要求。(3)本专利技术的制作工艺巧妙地利用化学方法和自然界存在的力进行组装，无特殊装置要求，成本低廉，易于产业化。(4)本专利技术所涉及的工艺与工业生产流程高度兼容。 ( 5 )本专利技术对于小球组装具有普适性，可用于聚苯乙烯小球自组装，也可以用于二氧化硅小球自组装，还可以用于其他微米或者纳米球状物体的自组装。(6)热处理使得小球更好地进行各态历经，从而找到最佳的能量最低态。(7)本专利技术涉及了一种新的小球分散液即乙醇和乙二醇的混合液，该液体和基底与小球的浸润性都很好，而且不容易挥发，有利于自组装的进行。总之，本专利技术通过简单的装置，巧妙地利用自然界存在的力，通过上述方法，实现了在工业化大面积基底上的微米球和纳米球晶体的自组装。该晶体在现代半导体工业、微纳加工、数据存储、光学工程和微纳掩模(小球印刷术)等领域有非常好的应用前景。附图说明图1为本专利技术斜面自组装胶态晶体的装置示意图；图2为实例I的自组装效果图(单层的周期性的球径为370nm聚苯乙烯球阵列)； 图3为实例2自组装效果图(单层的周期性的球径为460nm聚苯乙烯球阵列)；图4为实例3自组装效果图(单层的周期性的球径为3000nm聚苯乙烯球阵列)；图5a为实例4自组装效果图(多层的周期性的球径为460nm的聚苯乙烯球阵列，对应的组装本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于工业化应用的斜面诱导自组装胶态晶体的方法，其包括如下步骤：（1）基底的准备：包括清洗和亲水化处理；（2）制备胶液：将微米球或纳米球分散在溶剂中，得到一定浓度的胶液；（3）将步骤（1）准备好的基底固定在某斜面上；（4）将步骤（3）含有基底的斜面放在恒温装置中；（5）在基底的顶部均匀地滴一排胶液，胶液沿着斜面流下，最后铺满整个基底；（6）干燥后，即得胶态晶体。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：吴以治，许小亮，
申请(专利权)人：中国科学技术大学，
类型：发明
国别省市：
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