專利名稱：一種納米粒子精確有序組裝的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及納米粒子的有序組裝，特別涉及一種納米粒子精確有序組裝的方法。
背景技術(shù)：
隨著納米粒子在合成方面的研究開發(fā)和納米粒子在工業(yè)應(yīng)用方面的潛在的巨大應(yīng)用價值，實(shí)現(xiàn)不同納米粒子的有序組裝，開發(fā)納米粒子在微電子電路、光學(xué)元件、磁性器件方面的潛在應(yīng)用價值受到了人們的廣泛關(guān)注。特別是實(shí)現(xiàn)納米粒子的一維陣列化有序組裝，研究其在納米尺度光電元件、單電子量子隧道傳輸裝置、等離子效應(yīng)利用、能量獲取及光電記憶裝置等一系列器件的應(yīng)用。隨著電子器件越來越小型化，人們對納米功能器件的需求越來越迫切，并對納米粒子的組裝方法進(jìn)行了相關(guān)的探索和研究。目前納米粒子的組裝主要有兩種途徑:一類是自上而下(Top-down)的方法；另一類是自下而上(Bottom-up)的方法。自下而上的方法即是以分子、納米粒子作為基本結(jié)構(gòu)單元，通過一定的相互作用，形成特定的納米結(jié)構(gòu)。它是近年來發(fā)展起來的嶄新研究領(lǐng)域。納米粒子的組裝是將納米粒子組織化、結(jié)構(gòu)化和有序化的一項技術(shù)，這種納米粒子的復(fù)合結(jié)構(gòu)將會產(chǎn)生一系列新的物理化學(xué)性質(zhì)，對這類體系的研究一方面是為了探索特殊納米結(jié)構(gòu)的制備方法，以及這類結(jié)構(gòu)特殊的物理化學(xué)性質(zhì)，并為這些新性質(zhì)和潛在應(yīng)用做準(zhǔn)備；另一方面也將加深人們對納米結(jié)構(gòu)體系的認(rèn)識，并結(jié)合此類研究開展對這一體系更加深入的研究。這不但具有科學(xué)意義，而且具有重要的應(yīng)用價值。特別地，一維納米粒子的組裝體由于其各向異性的結(jié)構(gòu)和特殊的物理化學(xué)性質(zhì)，受到了人們的廣泛關(guān)注。例如，在一維納米粒子陣列組裝體中，由于相鄰納米粒子之間的表面等離子體的耦合作用，納米粒子的電磁能能夠得到傳播。通過調(diào)控組裝體系的結(jié)構(gòu)參數(shù)，例如粒子大小和粒子間距，可以調(diào)節(jié)和優(yōu)化這種傳播的情況。目前組裝納米粒子一維陣列的方法有很多，前面提到的納米粒子的組裝方法如利用納米粒子之間作用的方法(氫鍵、范德華力、靜電力等)， 模板的方法(DNA、碳納米管、共聚物以及納米纖維等)，界面的方法以及外場作用的方法。但是，這些方法不能精確的控制納米粒子的有效組裝，使開發(fā)納米粒子的組裝方面的應(yīng)用受到了極大的限制。如何利用簡單有效的方法，實(shí)現(xiàn)納米粒子的精確組裝是當(dāng)前的一個研究熱點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種制備工藝簡單可控、成本低、適合大規(guī)模生產(chǎn)的納米粒子精確有序組裝的方法。本發(fā)明是利用光學(xué)刻蝕的方法對硬質(zhì)板材進(jìn)行刻蝕后，在硬質(zhì)板材的表面得到具有規(guī)整排列的柱狀陣列結(jié)構(gòu)，并以此表面具有規(guī)整排列的柱狀陣列結(jié)構(gòu)的板材為模板，選擇具有平整表面的板材；將所述的表面具有規(guī)整排列的柱狀陣列結(jié)構(gòu)的板材作為下基底，將所述的具有平整表面的板材作為上基底，然后在作為下基底的表面具有規(guī)整排列的柱狀陣列結(jié)構(gòu)的板材和作為上基底的具有平整表面的板材之間填充含有納米粒子的懸浮液組成三明治的夾層結(jié)構(gòu)，待懸浮液中的溶劑揮發(fā)后，將表面具有規(guī)整排列的柱狀陣列結(jié)構(gòu)的板材和具有平整表面的板材進(jìn)行分離，在具有平整表面的板材的表面得到精確組裝的納米粒子陣列。本發(fā)明制備的納米粒子陣列能夠?qū)崿F(xiàn)納米粒子在特定位置的精確組裝。此外，制備的納米粒子陣列在微電子電路、光學(xué)元件、磁性器件方面具有潛在的應(yīng)用價值。本發(fā)明的納米粒子精確有序組裝的方法為:以表面具有規(guī)整排列的柱狀陣列結(jié)構(gòu)的板材為模板并作為下基底，具有平整表面的板材作為上基底；在作為下基底的表面具有規(guī)整排列的柱狀陣列結(jié)構(gòu)的板材和作為上基底的具有平整表面的板材之間填充含有納米粒子的懸浮液，并使上下基底貼緊(上下基底的貼緊方式分為緊密貼緊和非緊密貼緊兩種)，作為下基底的表面具有規(guī)整排列的柱狀陣列結(jié)構(gòu)的板材和作為上基底的具有平整表面的板材和含有納米粒子的懸浮液組成三明治的夾層結(jié)構(gòu)；待懸浮液中的溶劑揮發(fā)后，將表面具有規(guī)整排列的柱狀陣列結(jié)構(gòu)的板材基底和具有平整表面的板材進(jìn)行分離，在具有平整表面的板材的表面得到精確組裝的納米粒子陣列。所述的在作為下基底的表面具有規(guī)整排列的柱狀陣列結(jié)構(gòu)的板材和作為上基底的具有平整表面的板材之間填充含有納米粒子的懸浮液，一種優(yōu)選的方案是將含有納米粒子的懸浮液滴至具有平整表面的板材的表面，然后將表面具有規(guī)整排列的柱狀陣列結(jié)構(gòu)的板材置于表面含有納米粒子的懸浮液的具有平整表面的板材表面，使上下基底貼緊；然后將上下基底貼緊的表面具有規(guī)整排列的柱狀陣列結(jié)構(gòu)的板材和具有平整表面的板材進(jìn)行翻轉(zhuǎn)，使具有平整表面的板材置于表面具有規(guī)整排列的柱狀陣列結(jié)構(gòu)的板材的上面。所述的表面具有規(guī)整排列的柱狀陣列結(jié)構(gòu)的板材的材料可為硅片、玻璃片或石英片。所述的柱狀陣列結(jié)構(gòu)中的柱的高度優(yōu)選為500nm 100 μ m。所述的柱狀陣列結(jié)構(gòu)為紡錘柱陣列結(jié)構(gòu)、圓柱陣列結(jié)構(gòu)或多面體柱陣列結(jié)構(gòu)。所述的具有平整表面的板材的材料可選自硅片、玻璃片、石英片、PET薄膜、PS薄膜、PU薄膜、鋁片、氧化鋁片中的一種。所述的含有納米粒子的懸浮液是由納米粒子、溶劑和表面活性劑組成。所述的含有納米粒子的懸浮液中的納米粒子的質(zhì)量含量優(yōu)選為0.01% 50%，表面活性劑的質(zhì)量含量為0.005% 1%，余量為溶劑。所述的納米粒子的粒徑范圍為2nm 900nm。所述的納米粒子選自鉬、金、銀、銅、氧化鋅、氧化鐵、四氧化三鐵、二氧化鈦、二氧化硅、PS微球、CdTe量子點(diǎn)的顆粒中的一種或幾種；或者選自以PS微球為核，核外包覆鉬殼、金殼、銀殼或銅殼的核殼結(jié)構(gòu)的顆粒中的一種或幾種。所述的表面活性劑選自十二烷基苯磺酸納、十二烷基硫酸鈉、硬脂酸、脂肪酸甘油酯中的一種。所述的溶劑選自水、乙醇、乙二醇、異丙醇中的一種或幾種。本發(fā)明將表面具有規(guī)整排列的柱狀陣列結(jié)構(gòu)的板材和含有納米粒子的懸浮液結(jié)合制備納米粒子陣列，其制備方法簡單快捷，可控性強(qiáng)，制備成本低，便于大規(guī)模生產(chǎn)。本發(fā)明制備的納米粒子陣列能夠?qū)崿F(xiàn)納米粒子 在特定位置的精確組裝，在微電子電路、光學(xué)元件、磁性器件方面具有潛在的應(yīng)用價值。
下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)闡述。


圖1.本發(fā)明實(shí)施例1中的表面具有規(guī)整排列的紡錘柱狀陣列的硅片的示意圖。圖2.本發(fā)明實(shí)施例1中的基于表面具有規(guī)整排列的紡錘柱狀陣列的硅片與具有平整表面的硅片組成的夾層結(jié)構(gòu)的示意圖。圖3.本發(fā)明實(shí)施例1中的基于表面具有規(guī)整排列的紡錘柱狀陣列的硅片、含有納米粒子的懸浮液(位于夾層中間)以及具有平整表面的硅片組成的三明治結(jié)構(gòu)的示意圖。圖4.本發(fā)明實(shí)施例1中的銀納米粒子顆粒的電鏡照片。圖5.本發(fā)明實(shí)施例13中的金納米粒子的電鏡照片。圖6.本發(fā)明通過上面的具有平整表面的板材與下面的表面具有規(guī)整排列的柱狀陣列結(jié)構(gòu)的板材的模板緊密貼緊后，在具有平整表面的板材表面所制備的由納米粒子組裝的陣列的示意圖。圖7.本發(fā)明通過上面的具有平整表面的板材與下面的表面具有規(guī)整排列的柱狀陣列結(jié)構(gòu)的板材的模板非緊密貼緊后，在具有平整表面的板材表面制備的由納米粒子組裝的納米線陣列的示意圖。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1選取娃片，米用常規(guī)掩膜光學(xué)刻蝕的方法，在娃片的表面刻蝕出規(guī)整排列的6X6的紡錘柱狀陣列(如圖1所示),其中紡錘柱狀陣列中的紡錘柱之間的水平間距為ΙΟμπι，豎直間距為20 μ m，高度為20 μπι。將具有平整表面的硅片用乙醇超聲清洗10分鐘后用氮?dú)獯蹈?；將由粒徑約為50nm的銀納米粒子(電鏡照片如圖4所示)、十二烷基硫酸鈉與水配制得到的銀納米粒子的質(zhì)量 含量為0.5%、十二烷基硫酸鈉的質(zhì)量含量為0.05%、余量為水的含有銀納米粒子的懸浮液，用滴管滴至上述清洗干凈的硅片表面；然后將上述表面具有規(guī)整排列的紡錘柱狀陣列結(jié)構(gòu)的硅片置于表面含有銀納米粒子的懸浮液的硅片表面，使表面具有規(guī)整排列的紡錘柱狀陣列結(jié)構(gòu)的硅片與表面含有銀納米粒子的懸浮液的硅片緊密貼緊(如圖3所示)；將緊密貼緊的表面具有規(guī)整排列的紡錘柱狀陣列結(jié)構(gòu)的硅片和具有平整表面的娃片翻轉(zhuǎn)，使具有平整表面的娃片置于表面具有規(guī)整排列的紡錘柱狀陣列結(jié)構(gòu)的娃片的上面(如圖2所示)；待懸浮液中的水揮發(fā)后，銀納米粒子在所述的紡錘柱狀陣列之間進(jìn)行組裝，將表面具有規(guī)整排列的紡錘柱狀陣列結(jié)構(gòu)的硅片和具有平整表面的硅片進(jìn)行分離，即在具有平整表面的硅片表面得到銀納米粒子有序陣列(如圖6所示)。實(shí)施例2選取玻璃片，米用常規(guī)掩膜光學(xué)刻蝕的方法，在玻璃片的表面刻蝕出規(guī)整排列的8X6的圓柱狀陣列，其中圓柱狀陣列中的圓柱之間的水平間距為ΙΟμπι，豎直間距為20 μ m，高度為100 μπι。將具有平整表面的玻璃片用乙醇超聲清洗10分鐘后用氮?dú)獯蹈?；將由粒徑約為2nm的金納米粒子、十二烷基苯磺酸鈉與乙醇配制得到的金納米粒子的質(zhì)量含量為20%、十二烷基苯磺酸鈉的質(zhì)量含量為0.5%、余量為乙醇的含有金納米粒子的懸浮液，用滴管滴至上述清洗干凈的玻璃片表面；然后將上述表面具有規(guī)整排列的圓柱狀陣列結(jié)構(gòu)的玻璃片置于表面含有金納米粒子的懸浮液的玻璃片表面，使表面具有規(guī)整排列的圓柱狀陣列結(jié)構(gòu)的玻璃片與表面含有金納米粒子的懸浮液的玻璃片以非緊密貼緊的方式貼緊；將非緊密貼緊的表面具有規(guī)整排列的圓柱狀陣列結(jié)構(gòu)的玻璃片和具有平整表面的玻璃片翻轉(zhuǎn)，使具有平整表面的玻璃片置于表面具有規(guī)整排列的圓柱狀陣列結(jié)構(gòu)的玻璃片的上面；待懸浮液中的乙醇揮發(fā)后，金納米粒子在所述的圓柱狀陣列之間進(jìn)行組裝，將表面具有規(guī)整排列的圓柱狀陣列結(jié)構(gòu)的玻璃片和具有平整表面的玻璃片進(jìn)行分離，由于上述表面具有規(guī)整排列的圓柱狀陣列結(jié)構(gòu)的玻璃片與表面含有金納米粒子的懸浮液的玻璃片是以非緊密貼緊的方式貼緊，在具有平整表面的玻璃片表面得到金納米粒子有序組裝的納米線陣列(如圖7所示)。實(shí)施例3選取石英片，采用常規(guī)掩膜光學(xué)刻蝕的方法，在石英片的表面刻蝕出規(guī)整排列的10X6的正方體柱狀陣列，其中正方體柱狀陣列中的正方體柱之間的水平間距為ΙΟμπι，豎直間距為20 μ m,高度為500 μ m。將具有平整表面的石英片用乙醇超聲清洗10分鐘后用氮?dú)獯蹈?；將由粒徑約為IOnm的鉬納米粒子、硬脂酸與乙二醇配制得到的鉬納米粒子的質(zhì)量含量為1%、硬脂酸的質(zhì)量含量為0.01%、余量為乙二醇的含有鉬納米粒子的懸浮液，用滴管滴至上述清洗干凈的石英片表面；然后將上述表面具有規(guī)整排列的正方體柱狀陣列結(jié)構(gòu)的石英片置于表面含有鉬納米粒子的懸浮液的石英片表面，使表面具有規(guī)整排列的正方體柱狀陣列結(jié)構(gòu)的石英片與表面含有鉬納米粒子的懸浮液的石英片緊密貼緊；將緊密貼緊的表面具有規(guī)整排列的正方體柱狀陣列結(jié)構(gòu)的石英片和具有平整表面的石英片翻轉(zhuǎn)，使具有平整表面的石英片置于表面具有規(guī)整排列的正方體柱狀陣列結(jié)構(gòu)的石英片的上面；待懸浮液中的乙二醇揮發(fā)后，鉬納米粒子在所述的正方體柱狀陣列之間進(jìn)行組裝，將表面具有規(guī)整排列的正方體柱狀陣列結(jié)構(gòu)的石英片和具有平整表面的石英片進(jìn)行分離，即在具有平整表面的石英片表面得到鉬納米粒子有序陣列。實(shí)施例4選取娃片，米·用常規(guī)掩膜光學(xué)刻蝕的方法，在娃片的表面刻蝕出規(guī)整排列的10X8的正三棱柱狀陣列，其中正三棱柱狀陣列中的正三棱柱之間的水平間距為10 μ m,豎直間距為20 μ m，高度為10 μ m。將具有平整表面的PET薄膜用乙醇超聲清洗10分鐘后用氮?dú)獯蹈?；將由粒徑約為40nm的銅納米粒子、脂肪酸甘油酯與異丙醇配制得到的銅納米粒子的質(zhì)量含量為0.6%、脂肪酸甘油酯的質(zhì)量含量為0.06%、余量為異丙醇的含有銅納米粒子的懸浮液，用滴管滴至上述清洗干凈的PET薄膜表面；然后將上述表面具有規(guī)整排列的正三棱柱狀陣列結(jié)構(gòu)的硅片置于表面含有銅納米粒子的懸浮液的PET薄膜表面，使表面具有規(guī)整排列的正三棱柱狀陣列結(jié)構(gòu)的硅片與表面含有銅納米粒子的懸浮液的PET薄膜緊密貼緊；將緊密貼緊的表面具有規(guī)整排列的正三棱柱狀陣列結(jié)構(gòu)的硅片和具有平整表面的PET薄膜翻轉(zhuǎn)，使具有平整表面的PET薄膜置于表面具有規(guī)整排列的正三棱柱狀陣列結(jié)構(gòu)的硅片的上面；待懸浮液中的異丙醇揮發(fā)后，銅納米粒子在所述的正三棱柱狀陣列之間進(jìn)行組裝，將表面具有規(guī)整排列的正三棱柱狀陣列結(jié)構(gòu)的硅片和具有平整表面的PET薄膜進(jìn)行分離，即在具有平整表面的PET薄膜表面得到銅納米粒子有序陣列。實(shí)施例5選取玻璃片，采用常規(guī)掩膜光學(xué)刻蝕的方法，在玻璃片的表面刻蝕出規(guī)整排列的6X6的紡錘柱狀陣列，其中紡錘柱狀陣列中的紡錘柱之間的水平間距為10 μ m,豎直間距為20 μ m，高度為30 μ m。將具有平整表面的PS薄膜用乙醇超聲清洗10分鐘后用氮?dú)獯蹈?；將由粒徑約為40nm的氧化鋅納米粒子、十二烷基硫酸鈉與水配制得到的氧化鋅納米粒子的質(zhì)量含量為0.01%、十二烷基硫酸鈉的質(zhì)量含量為0.005%、余量為水的含有氧化鋅納米粒子的懸浮液，用滴管滴至上述清洗干凈的PS薄膜表面；然后將上述表面具有規(guī)整排列的紡錘柱狀陣列結(jié)構(gòu)的玻璃片置于表面含有氧化鋅納米粒子的懸浮液的PS薄膜表面，使表面具有規(guī)整排列的紡錘柱狀陣列結(jié)構(gòu)的玻璃片與表面含有氧化鋅納米粒子的懸浮液的PS薄膜緊密貼緊；將緊密貼緊的表面具有規(guī)整排列的紡錘柱狀陣列結(jié)構(gòu)的玻璃片和具有平整表面的PS薄膜翻轉(zhuǎn)，使具有平整表面的PS薄膜置于表面具有規(guī)整排列的紡錘柱狀陣列結(jié)構(gòu)的玻璃片的上面；待懸浮液中的水揮發(fā)后，氧化鋅納米粒子在所述的紡錘柱狀陣列之間進(jìn)行組裝，將表面具有規(guī)整排列的紡錘柱狀陣列結(jié)構(gòu)的玻璃片和具有平整表面的PS薄膜進(jìn)行分離，即在具有平整表面的PS薄膜表面得到氧化鋅納米粒子有序陣列。實(shí)施例6選取石英片，采用常規(guī)掩膜光學(xué)刻蝕的方法，在石英片的表面刻蝕出規(guī)整排列的12X10的圓柱狀陣列，其中圓柱狀陣列中的圓柱之間的水平間距為5μπι，豎直間距為
10μ m,高度為5 μ m。將具有平整表面的I3U薄膜用乙醇超聲清洗10分鐘后用氮?dú)獯蹈?；將由粒徑約為50nm的氧化鐵納米粒子、十二燒基苯磺酸鈉與乙醇配制得到的氧化鐵納米粒子的質(zhì)量含量為10%、十二烷基苯磺酸鈉的質(zhì)量含量為0.6%、余量為乙醇的含有氧化鐵納米粒子的懸浮液，用滴管滴至上述清洗干凈的PU薄膜表面；然后將上述表面具有規(guī)整排列的圓柱狀陣列結(jié)構(gòu)的石英片置于表面含有氧化鐵納米粒子的懸浮液的PU薄膜表面，使表面具有規(guī)整排列的圓柱狀陣列結(jié)構(gòu)的石英片與表面含有氧化鐵納米粒子的懸浮液的PU薄膜緊密貼緊；將緊密貼緊的表面具有規(guī)整排列的圓柱狀陣列結(jié)構(gòu)的石英片和具有平整表面的PU薄膜翻轉(zhuǎn)，使具有 平整表面的薄膜置于表面具有規(guī)整排列的圓柱狀陣列結(jié)構(gòu)的石英片的上面；待懸浮液中的乙醇揮發(fā)后，氧化鐵納米粒子在所述的圓柱狀陣列之間進(jìn)行組裝，將表面具有規(guī)整排列的圓柱狀陣列結(jié)構(gòu)的石英片和具有平整表面的PU薄膜進(jìn)行分離，即在具有平整表面的PU薄膜表面得到氧化鐵納米粒子有序陣列。實(shí)施例7選取娃片，米用常規(guī)掩膜光學(xué)刻蝕的方法，在娃片的表面刻蝕出規(guī)整排列的10X7的正方體柱狀陣列，其中正方體柱狀陣列中的正方體柱之間的水平間距為10 μ m,豎直間距為30 μ m，高度為40nm。將具有平整表面的鋁片用乙醇超聲清洗10分鐘后用氮?dú)獯蹈?；將由粒徑約為30nm的四氧化三鐵納米粒子、硬脂酸與乙二醇配制得到的四氧化三鐵納米粒子的質(zhì)量含量為1%、硬脂酸的質(zhì)量含量為0.01%、余量為乙二醇的含有四氧化三鐵納米粒子的懸浮液，用滴管滴至上述清洗干凈的鋁片表面；然后將上述表面具有規(guī)整排列的正方體柱狀陣列結(jié)構(gòu)的硅片置于表面含有四氧化三鐵納米粒子的懸浮液的鋁片表面，使表面具有規(guī)整排列的正方體柱狀陣列結(jié)構(gòu)的硅片與表面含有四氧化三鐵納米粒子的懸浮液的鋁片緊密貼緊；將緊密貼緊的表面具有規(guī)整排列的正方體柱狀陣列結(jié)構(gòu)的硅片和具有平整表面的鋁片翻轉(zhuǎn)，使具有平整表面的鋁片置于表面具有規(guī)整排列的正方體柱狀陣列結(jié)構(gòu)的硅片的上面；待懸浮液中的乙二醇揮發(fā)后，四氧化三鐵納米粒子在所述的正方體柱狀陣列之間進(jìn)行組裝，將表面具有規(guī)整排列的正方體柱狀陣列結(jié)構(gòu)的硅片和具有平整表面的鋁片進(jìn)行分離，即在具有平整表面的鋁片片表面得到四氧化三鐵納米粒子有序陣列。實(shí)施例8選取玻璃片，采用常規(guī)掩膜光學(xué)刻蝕的方法，在玻璃片的表面刻蝕出規(guī)整排列的15X10的正三棱柱狀陣列，其中正三棱柱狀陣列中的正三棱柱之間的水平間距為15μπι，豎直間距為30 μ m,高度為50 μ m。將具有平整表面的氧化鋁片用乙醇超聲清洗10分鐘后用氮?dú)獯蹈?；將由粒徑約為40nm的二氧化鈦納米粒子、脂肪酸甘油酯與異丙醇配制得到的二氧化鈦納米粒子的質(zhì)量含量為0.6%、脂肪酸甘油酯的質(zhì)量含量為0.06%、余量為異丙醇的含有二氧化鈦納米粒子的懸浮液，用滴管滴至上述清洗干凈的氧化鋁片表面；然后將上述表面具有規(guī)整排列的正三棱柱狀陣列結(jié)構(gòu)的玻璃片置于表面含有二氧化鈦納米粒子的懸浮液的氧化鋁片表面，使表面具有規(guī)整排列的正三棱柱狀陣列結(jié)構(gòu)的玻璃片與表面含有二氧化鈦納米粒子的懸浮液的氧化鋁片緊密貼緊；將緊密貼緊的表面具有規(guī)整排列的正三棱柱狀陣列結(jié)構(gòu)的玻璃片和具有平整表面的氧化鋁片翻轉(zhuǎn)，使具有平整表面的氧化鋁片置于表面具有規(guī)整排列的正三棱柱狀陣列結(jié)構(gòu)的玻璃片的上面；待懸浮液中的異丙醇揮發(fā)后，二氧化鈦納米粒子在所述的正三棱柱狀陣列之間進(jìn)行組裝，將表面具有規(guī)整排列的正三棱柱狀陣列結(jié)構(gòu)的玻璃片和具有平整表面的氧化鋁片進(jìn)行分離，即在具有平整表面的氧化鋁片表面得到二氧化鈦納米粒子有序陣列。實(shí)施例9選取石英片，采用常規(guī)掩膜光學(xué)刻蝕的方法，在石英片的表面刻蝕出規(guī)整排列的10X5的紡錘柱狀陣列，其中紡錘柱狀陣列中的紡錘柱之間的水平間距為20 μ m，豎直間距為40 μ m，高度為50 μ m。將具有平整表面的石英片用乙醇超聲清洗10分鐘后用氮?dú)獯蹈桑粚⒂闪郊s為900nm的二氧化硅納米粒子、十二烷基硫酸鈉與水配制得到的二氧化硅納米粒子的質(zhì)量含量為50%、十二烷基硫酸鈉的質(zhì)量含量為1%、余量為水的含有二氧化硅納米粒子的懸浮液，用滴管滴至上述清洗干凈的石英片表面；然后將上述表面具有規(guī)整排列的紡錘柱狀陣列結(jié)構(gòu)的石英片置于表面含有二氧化硅納米粒子的懸浮液的石英片表面，使表面具有規(guī)整排列的紡錘柱狀陣列結(jié)構(gòu)的石英片與表面含有二氧化硅納米粒子的懸浮液的石英片緊密貼緊；將緊密貼緊的表面具有規(guī)整排列的紡錘柱狀陣列結(jié)構(gòu)的石英片和具有平整表面的石英片翻轉(zhuǎn)，使具有平整表面的石英片置于表面具有規(guī)整排列的紡錘柱狀陣列結(jié)構(gòu)的石英片的上面；待懸浮液中的水揮發(fā)后，二氧化硅納米粒子在所述的紡錘柱狀陣列之間進(jìn)行組裝，將表面具有規(guī)整排列的紡錘柱狀陣列結(jié)構(gòu)的石英片和具有平整表面的石英片進(jìn)行分離，即在具有平整表面的石英片表面得到二氧化硅納米粒子有序陣列。實(shí)施例10選取娃片，米用常規(guī)掩膜光學(xué)刻蝕的方法，在娃片的表面刻蝕出規(guī)整排列的10X6的圓柱狀陣列，其中圓柱狀陣列中的圓柱之間的水平間距為5 μ m,豎直間距為20 μ m,高度為25 μπι。將具有平整表面的硅片用乙醇超聲清洗10分鐘后用氮?dú)獯蹈?；將由粒徑約為300nm的PS微球、十二烷基苯磺酸鈉與乙醇配制得到的PS微球的質(zhì)量含量為1%、十二烷基苯磺酸鈉的質(zhì)量含量為0.06%、余量為乙醇的含有PS微球的懸浮液，用滴管滴至上述清洗干凈的娃片表面； 然后將上述表面具有規(guī)整排列的圓柱狀陣列結(jié)構(gòu)的娃片置于表面含有PS微球的懸浮液的娃片表面,使表面具有規(guī)整排列的圓柱狀陣列結(jié)構(gòu)的娃片與表面含有PS微球的懸浮液的硅片緊密貼緊；將緊密貼緊的表面具有規(guī)整排列的圓柱狀陣列結(jié)構(gòu)的硅片和具有平整表面的硅片翻轉(zhuǎn)，使具有平整表面的硅片置于表面具有規(guī)整排列的圓柱狀陣列結(jié)構(gòu)的硅片的上面；待懸浮液中的乙醇揮發(fā)后，PS微球在所述的圓柱狀陣列之間進(jìn)行組裝，將表面具有規(guī)整排列的圓柱狀陣列結(jié)構(gòu)的硅片和具有平整表面的硅片進(jìn)行分離，即在具有平整表面的硅片表面得到PS微球有序陣列。實(shí)施例11選取玻璃片，采用常規(guī)掩膜光學(xué)刻蝕的方法，在玻璃片的表面刻蝕出規(guī)整排列的8X6的正方體柱狀陣列，其中正方體柱狀陣列中的正方體柱之間的水平間距為Ιμπι，豎直間距為4 μ m，高度為5 μπι。將具有平整表面的玻璃片用乙醇超聲清洗10分鐘后用氮?dú)獯蹈?；將由粒徑約為IOnm的以PS微球為核、核外包覆銀殼的核殼結(jié)構(gòu)的納米粒子、硬脂酸與乙二醇配制得到的以PS微球為核、核外包覆銀殼的核殼結(jié)構(gòu)的納米粒子的質(zhì)量含量為6%、硬脂酸的質(zhì)量含量為0.08%、余量為乙二醇的含有以PS微球為核、核外包覆銀殼的核殼結(jié)構(gòu)的納米粒子的懸浮液，用滴管滴至上述清洗干凈的玻璃片表面；然后將上述表面具有規(guī)整排列的正方體柱狀陣列結(jié)構(gòu)的玻璃片置于表面含有以PS微球為核、核外包覆銀殼的核殼結(jié)構(gòu)的納米粒子的懸浮液的玻璃片表面，使表面具有規(guī)整排列的正方體柱狀陣列結(jié)構(gòu)的玻璃片與表面含有以PS微球為核、核外包覆銀殼的核殼結(jié)構(gòu)的納米粒子的懸浮液的玻璃片緊密貼緊；將緊密貼緊的表面具有規(guī)整排列的正方體柱狀陣列結(jié)構(gòu)的玻璃片和具有平整表面的玻璃片翻轉(zhuǎn)，使具有平整表面的玻璃片置于表面具有規(guī)整排列的正方體柱狀陣列結(jié)構(gòu)的玻璃片的上面。待懸浮液中的乙二醇揮發(fā)后，以PS微球為核、核外包覆銀殼的核殼結(jié)構(gòu)的納米粒子在所述的正方體柱狀陣列之間進(jìn)行組裝，將表面具有規(guī)整排列的正方體柱狀陣列結(jié)構(gòu)的玻璃片和具有平整表面的玻璃片進(jìn)行分離，即在具有平整表面的玻璃片表面得到以PS微球為核、核外包覆銀殼的核殼結(jié)構(gòu)的納米粒子有序陣列。實(shí)施例12選取石英片，采用常規(guī)掩膜光學(xué)刻蝕的方法，在石英片的表面刻蝕出規(guī)整排列的12X8的正三棱柱狀陣列，其中正三棱柱狀陣列中的正三棱柱之間的水平間距為5μπι，豎直間距為15 μ m,高度為20 μ m。將具有平整表面的PET薄膜用乙醇超聲清洗10分鐘后用氮?dú)獯蹈?；將由粒徑約為IOnm的CdTe量子點(diǎn)、脂肪酸甘油酯與異丙醇配制得到的CdTe量子點(diǎn)的質(zhì)量含量為1%、脂肪酸甘油酯的質(zhì)量含量為0.08%、余量為異丙醇的含有CdTe量子點(diǎn)的懸浮液，用滴管滴至上述清洗干凈的PET薄膜表面；然后將上述表面具有規(guī)整排列的正三棱柱狀陣列結(jié)構(gòu)的石英片置于表面含有CdTe量子點(diǎn)的懸浮液的PET薄膜表面，使表面具有規(guī)整排列的正三棱柱狀陣列結(jié)構(gòu)的石英片與表面含有CdTe量子點(diǎn)的懸浮液的PET薄膜緊密貼緊；將緊密貼緊的表面具有規(guī)整排列的正三棱柱狀陣列結(jié)構(gòu)的石英片和具有平整表面的PET薄膜翻轉(zhuǎn)，使具有平整表面的PET薄膜置于表面具有規(guī)整排列的正三棱柱狀陣列結(jié)構(gòu)的石英片的上面；待懸浮液中的異丙醇揮發(fā)后，CdTe量子點(diǎn)在所述的正三棱柱狀陣列之間進(jìn)行組裝，將表面具有規(guī)整排列的正三棱柱狀陣列結(jié)構(gòu)的石英片和具有平整表面的PET薄膜進(jìn)行分離，即在具有平整表面的PET薄膜表面得到CdTe量子點(diǎn)有序陣列。實(shí)施例13選取娃片，米用常規(guī)掩膜光學(xué)刻蝕的方法，在娃片的表面刻蝕出規(guī)整排列的8X8的紡錘柱狀陣列，其中紡錘柱狀陣列中的紡錘柱之間的水平間距為10 μ m,豎直間距為20 μ m,高度為20 μ m。將具有平整表面的PS薄膜用乙醇超聲清洗10分鐘后用氮?dú)獯蹈?；將由粒徑約為18nm的金納米粒子(電鏡照片如圖5所示)、十二烷基硫酸鈉與水配制得到的金納米粒子的質(zhì)量含量為0.5%、十二烷基硫酸鈉的質(zhì)量含量為0.06%、余量為水的含有金納米粒子的懸浮液，用滴管滴至上述清洗干凈的PS薄膜表面；然后將上述表面具有規(guī)整排列的紡錘柱狀陣列結(jié)構(gòu)的硅片置于表面含有金納米粒子的懸浮液的PS薄膜表面，使表面具有規(guī)整排列的紡錘柱狀陣列結(jié)構(gòu)的硅片與表面含有金納米粒子的懸浮液的PS薄膜以非緊密接觸的方式貼緊；將非緊密貼緊的表面具有規(guī)整排列的紡錘柱狀陣列結(jié)構(gòu)的硅片和具有平整表面的PS薄膜翻轉(zhuǎn)，使具有平整表面的PS薄膜置于表面具有規(guī)整排列的紡錘柱狀陣列結(jié)構(gòu)的硅片的上面；待懸浮液中的水揮發(fā)后，金納米粒子在所述的紡錘柱狀陣列之間進(jìn)行組裝，將表面具有規(guī)整排列的紡錘柱狀陣列結(jié)構(gòu)的硅片和具有平整表面的PS薄膜進(jìn)行分離，由于上述表面具有規(guī)整排列的紡錘柱狀陣列結(jié)構(gòu)的硅片與表面含有金納米粒子的懸浮液的PS薄膜是以非緊密貼緊的方式貼緊，在具有平整表面的PS薄膜表面得到金納米粒子有序組裝的納米線陣列。·
權(quán)利要求
1.一種納米粒子精確有序組裝的方法，其特征是以表面具有規(guī)整排列的柱狀陣列結(jié)構(gòu)的板材為模板并作為下基底，具有平整表面的板材作為上基底；在作為下基底的表面具有規(guī)整排列的柱狀陣列結(jié)構(gòu)的板材和作為上基底的具有平整表面的板材之間填充含有納米粒子的懸浮液，并使上下基底貼緊；待懸浮液中的溶劑揮發(fā)后，將表面具有規(guī)整排列的柱狀陣列結(jié)構(gòu)的板材基底和具有平整表面的板材進(jìn)行分離，在具有平整表面的板材的表面得到精確組裝的納米粒子陣列。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征是所述的在作為下基底的表面具有規(guī)整排列的柱狀陣列結(jié)構(gòu)的板材和作為上基底的具有平整表面的板材之間填充含有納米粒子的懸浮液，是將含有納米粒子的懸浮液滴至具有平整表面的板材的表面，然后將表面具有規(guī)整排列的柱狀陣列結(jié)構(gòu)的板材置于表面含有納米粒子的懸浮液的具有平整表面的板材表面，使上下基底貼緊；然后將上下基底貼緊的表面具有規(guī)整排列的柱狀陣列結(jié)構(gòu)的板材和具有平整表面的板材進(jìn)行翻轉(zhuǎn)，使具有平整表面的板材置于表面具有規(guī)整排列的柱狀陣列結(jié)構(gòu)的板材的上面。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的方法，其特征是所述的上下基底貼緊的方式為緊密貼緊或非緊密貼緊。
4.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的方法，其特征是所述的表面具有規(guī)整排列的柱狀陣列結(jié)構(gòu)的板材的材料為硅片、玻璃片或石英片。
5.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的方法，其特征是所述的柱狀陣列結(jié)構(gòu)為紡錘柱陣列結(jié)構(gòu)、圓柱陣列結(jié)構(gòu)或多面體柱陣列結(jié)構(gòu)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征是所述的柱狀陣列結(jié)構(gòu)中的柱的高度為500nm 100 μ m。
7.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的方法，其特征是所述的具有平整表面的板材的材料選自硅片、玻璃片、石英片、PET薄膜、PS薄膜、PU薄膜、鋁片、氧化鋁片中的一種。
8.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的方法，其特征是所述的含有納米粒子的懸浮液是由納米粒子、溶劑和表面活性劑組成。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征是所述的含有納米粒子的懸浮液中的納米粒子的質(zhì)量含量為O. 01% 50%，表面活性劑的質(zhì)量含量為O. 005% 1%，余量為溶劑。
10.根據(jù)權(quán)利要求1、2或9所述的方法，其特征是所述的納米粒子的粒徑范圍為2nm 900nm ； 所述的納米粒子選自鉬、金、銀、銅、氧化鋅、氧化鐵、四氧化三鐵、二氧化鈦、二氧化硅、PS微球、CdTe量子點(diǎn)的顆粒中的一種或幾種；或者選自以PS微球為核，核外包覆鉬殼、金殼、銀殼或銅殼的核殼結(jié)構(gòu)的顆粒中的一種或幾種。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其特征是所述的表面活性劑選自十二烷基苯磺酸納、十二烷基硫酸鈉、硬脂酸、脂肪酸甘油酯中的一種。
12.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其特征是所述的溶劑選自水、乙醇、乙二醇、異丙醇中的一種或幾種。
全文摘要
本發(fā)明涉及納米粒子精確有序組裝的方法。本發(fā)明首先利用光學(xué)刻蝕的方法對硬質(zhì)的板材進(jìn)行表面刻蝕，在硬質(zhì)的板材表面得到具有規(guī)整排列的柱狀陣列結(jié)構(gòu)；然后分別將表面具有規(guī)整排列的柱狀陣列結(jié)構(gòu)的板材和平整表面的板材作為下基底和上基底，并在作為下基底的表面具有規(guī)整排列的柱狀陣列結(jié)構(gòu)的板材和作為上基底的具有平整表面的板材之間填充含有納米粒子的懸浮液組成三明治的夾層結(jié)構(gòu)；待懸浮液中的溶劑揮發(fā)后，將上下基底進(jìn)行分離，在具有平整表面的板材表面得到精確組裝的納米粒子陣列。本發(fā)明制備的納米粒子陣列能夠?qū)崿F(xiàn)納米粒子在特定位置的精確組裝。此外，制備的納米粒子陣列在微電子電路、光學(xué)元件、磁性器件方面具有潛在的應(yīng)用價值。
文檔編號B82B3/00GK103253629SQ201310175620
公開日2013年8月21日 申請日期2013年5月13日 優(yōu)先權(quán)日2013年5月13日
發(fā)明者張聰, 蘇彬, 張興業(yè), 宋延林, 江雷 申請人:中國科學(xué)院化學(xué)研究所