一種單層密排納米微球陣列的制備方法
【技術領域】
[0001 ]本發明涉及納米微球，尤其是涉及一種單層密排納米微球陣列的制備方法。
【背景技術】
[0002]納米粒子由于具有與體材料截然不同的體積效應、表面效應、量子尺寸效應及量子隧道效應，能夠廣泛應用到催化、降解、傳感、醫療、發光、信息存儲和傳遞等眾多領域(參考文南犬l:Nie Z,Petukhova A,Eugenia K,Properties and emerging applicat1ns ofself-assembled structures made from inorganic nanoparticles[J].NatureNanotechnology,2010,5:15-25；2:Petros R A and Desimone J M,Strategies in thedesign of nanoparticles for therapeutic applicat1ns[J].Nature Reviews DrugDiscovery 2010，9，615_627)。但是，單個納米粒子的功能非常有限，本身信號非常微弱，在應用上通常采取多個粒子的整體效應，人們相應地提出了許多制備這種納米粒子的技術，以及令這些納米粒子按一定規則排列成二維納米陣列結構的方法，如電子束刻蝕法、光刻蝕法、X射線刻蝕法、納米球刻蝕法等(參考文獻3:Velev 0 D and Gupta S ,Materialsfabricated by micro—and nanoparticle assembly-the challenging path fromscience to engineering[J].Advance Materials 2009,21,1897-1905；4:Haynes C Land Van Duyne R P,Nanosphere lithography:A versatile nanofabricat1n tool forstudies of size-dependent nanoparticle optics[J].The Journal of Physics andChemistry B 2001，105(24): 5599-5611)。相比于其它方法，納米球刻蝕法不須使用昂貴復雜的設備，操作簡單、效率高、能夠大面積制備納米顆粒陣列，是當前納米技術應用的熱點。
[0003]應用納米球刻蝕法制備二維納米粒子陣列，其關鍵步驟是納米微球模板層的排列，它是決定納米粒子形狀、結構和排列規律的主要因素。至今廣泛應用的納米微球模板層制備方法有滴涂法、旋涂法和浮撈法(參考文獻5:Ye X Z and Qi L M,Recent advancesin fabricat1n of monolayer colloidal crystals and their inverse replicas[J].Science China Chemistry 2014，57( 1):58-69)。滴涂法是把納米微球液滴直接滴到基片上，再讓基片傾斜，由于重力的作用液滴擴散到基片上;該方法雖然能夠獲得單層密排的納米微球陣列模板，但這些模板一般以長條形結構出現，條形寬度大概在幾個微米到十幾微米，很難形成大面積單層密排結構。旋涂法是把帶有納米微球液滴的基片固定在旋涂儀上，啟動旋涂儀使納米微球離心分散到基片表面;該方法納米微球一般分離得非常散，很難獲得密排陣列。浮撈法也稱自組織法，是把納米微球滴到液體表面，讓液體的表面張力和表面活性劑的作用使納米微球單層密排，再把基片從密排模板層下撈出，使模板層覆蓋到基片上;該方法可以獲得較大面積的單層密排納米微球模板，最佳可以達到整個液面，但這模板面的均勻性與浮撈技術密切相關。目前浮撈法采用的設備是提拉機，也稱提拉涂膜機、垂直提拉機、浸漬提拉鍍膜機等。它們的原理是利用電機把基片按設定速率從密排模板層下提拉上來。普通提拉機一般在1萬元人民幣左右，我們調研的報價是6千到4萬。除價格貴外，提拉時電機的擾動很容易破壞模板層的密排結構。

【發明內容】

[0004]本發明的目的旨在提供一種單層密排納米微球陣列的制備方法。
[0005]本發明包括以下步驟:
[0006]1)搭建單層密排納米微球陣列制備裝置，所述裝置設有漏斗、漏斗輸出管、可控流量閥門、容器、托架、漏斗支架、第一基片夾、第二基片夾、第二基片夾支架，漏斗輸出管與漏斗的出口連接，可控流量閥門設在漏斗輸出管的下部，容器設在漏斗輸出管的下方，托架的一端套在漏斗上，托架的另一端固定在漏斗支架上，第一基片夾固定在漏斗的漏斗口邊緣，第二基片夾的一端固定在第二基片夾支架上;關閉可控流量閥門，往漏斗內灌注去離子水；
[0007]2)將第一基片放置在第一基片夾上，并把第一基片7鑲住到漏斗口邊緣;將第二基片放置在第二基片夾上，并把第二基片夾鑲住到第二基片夾支架上;第一基片和第二基片處理成親水性的；將第一基片正面朝上，所述第一基片正面的1/3面積左右沉浸在漏斗內的去離子水中，第一基片正面與去離子水液面的夾角呈20?30度;將第二基片正面朝上且全部沉浸在漏斗內的去離子水中，并遠離第一基片，第二基片正面與去離子水液面夾角呈2?5度，第二基片頂部離去離子水液面0.5?1.0cm;
[0008]3)將納米微球混合液涂在第一基片上，利用第一基片的傾角讓納米微球轉移到去離子水表面;再將表面活性劑滴進去離子水液面上沒有納米微球聚集的液體表面，以驅使納米微球密排；
[0009]4)平移第二基片夾支架讓第二基片移到納米微球密排面正下方，再旋轉可控流量閥門，讓漏斗內的去離子水以不超過45yL/min的流速流進容器，漏斗內的去離子水液面的下沉將使納米微球陣列覆蓋到第二基片表面；
[0010]5)對第二基片表面的納米微球陣列再次處理，當液面脫離第二基片后，把第二基片取出烘干，讓納米微球之間的水汽蒸發，產生毛細管力使納米微球進一步緊密靠攏，得單層密排納米微球陣列。
[0011]在步驟1)中，所述往漏斗內灌注去離子水最好灌至去離子水液面離漏斗寬口邊緣1 ?2cm0
[0012]在步驟2)中，所述第一基片可選自玻片、硅片等任意平滑基片;所述第二基片可選自玻片、硅片等任意平滑基片。
[0013]在步驟3)中，所述將納米微球混合液涂在第一基片上可利用移液槍吸取納米微球混合液并滴涂到第一基片上;所述將表面活性劑滴進去離子水液面上可用移液槍吸取表面活性劑滴進液面上;所述納米微球可根據陣列要求選自聚苯乙烯(PS)球、聚甲基丙烯酸甲醋球、二氧化娃球、二氧化鈦球等中的至少一種;該納米微球在溶液里按一定質量濃度比混合均勻，體積根據液面面積及所采用的基片面積調整;所述表面活性劑可選自十二烷基硫酸鈉、十二烷基苯磺酸鈉、脂肪酸甘油酯、氨基酸、硬脂酸等中的至少一種。
[0014]在步驟5)中，所述再次處理可采用退火爐對第二基片表面的納米微球陣列再次處理;所述當液面脫離第二基片后最好是當液面脫離第二基片的時間為lOmin后;所述烘干可將第二基片的正面朝上放置在退火爐內烘干。
[0015]本發明可利用掃描電子顯微鏡等測試手段對制備的單層密排納米微球陣列結構進行表征。
[0016]本發明利用搭建的單層密排納米微球陣列制備裝置，把基片按一定位置和方向安置到裝置中，通過水的浮力和表面活性劑的作用讓納米微球單層密排在水面上，緩慢平移一套裝有待排列納米微球陣列的第二基片夾支架，將第二基片置于水面單層密排納米微球區域的正下方，再緩慢排水以讓納米微球陣列轉移到基片表面，并通過退火以讓納米微球陣列密排在基片上。
[0017]與普通提拉機相比，本發明采用的單層密排納米微球陣列制備裝置成本低廉(總體不超過人民幣50元)、結構簡單、操作簡便、對液面擾動更小，更容易形成大面積單層密排納米微球陣列。所形成的納米微球陣列除了本身二維結構特性應用，還可作為納米微球模板用于制備更精細結構的大面積二維納米球殼陣列、二維納米顆粒陣列及二維異質結納米薄層陣列，非常適用于納米科學、納米加工工程等領域。
[0018]本發明特別適用于制作納米微球模板用于制備更精細結構的大面積二維納米球殼陣列、二維六方密排三角形結構的納米顆粒陣列及異質結納米薄層陣列等納米科學和納米技術領域。
【附圖說明】
[0019]圖1為本發明所述單層密排納米微球陣列制備裝置實施例的結構組成圖。
[0020]圖2為實施例1的單層密排聚苯乙烯球(直徑360nm)平鋪于硅片的掃描電鏡圖。
[0021]圖3為實施例2的單層密排聚苯乙烯球(直徑360nm)平鋪于玻片的掃描電鏡圖。
[0022]圖4為實施例2中移除單層密排聚苯乙烯球(直徑360nm)后金納米顆粒陣列平鋪于玻片的掃描電鏡圖。
[0023]圖5為實施例3的單層密排聚苯乙烯球(直徑530nm)平鋪于玻片的掃描電鏡圖。
【具體實施方式】
[0024]以下實施例將結合附圖對本發明作進一步的說明，但不限制本發明申請請求保護的范圍。