CN102502485A - 一种纳米材料的图形化工艺方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种纳米材料的图形化工艺方法，该纳米材料的图形化工艺方法基于液相法实现工序少成本低；进一步地，本纳米材料的图形化工艺方法具有普适性，可用于组装各种材料与结构的纳米材料；另外，本纳米材料的图形化工艺方法精度高，易得到线宽为100nm以下的精细纳米材料结构。
Description
技术领域
本发明涉及纳米材料组装技术领域，特别涉及一种纳米材料的图形化工艺方法。
背景技术
相对传统宏观材料，纳米材料具备诸多独特的性质。纳米材料在复合材料、功能器件、光电催化与药物输送等领域具有广阔的应用前景。尤其是低维纳米结构，如量子点、纳米管、纳米线、纳米带等材料。低维纳米结构更充分体现了纳米材料的尺寸效应以及光、电子传输的奇异特性。将纳米材料从纳米尺度组装至宏观图形化尺寸（如毫米、微米量级）是实现研究材料特性与制备宏观可用的功能器件的重要步骤之一。
组装纳米材料的传统方法是借助特定的原位生长技术或微纳加工等后处理技术。这两种技术不仅工序复杂、成本高，且不具有普适性。譬如：一方面，在制备图形化的纳米粒子中，上述两种技术往往需要通过甩胶、曝光、显影、蒸镀、剥离、退火等多个步骤，且这些工艺步骤未必适用于其他纳米材料；另一方面，限于加工工艺的精度限制，传统方法也不易得到线宽100 nm以下的精细结构。
综上所述，目前纳米材料的图形化工艺方法存在的不足之处是工艺复杂成本高、不适用于多数纳米材料的加工且难以得到线宽100 nm以下的精细纳米材料结构。
发明内容
本发明专利所要解决的技术问题是提供一种工序少成本低、适用于大多数纳米材料且易得到线宽为100 nm以下的精细结构的纳米材料的图形化工艺方法。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种纳米材料的图形化工艺方法，包括以下步骤：
1）亲水性处理：将基板用UV、化学溶液或O2等离子处理，再用去离子水冲洗该基板，直至所述基板表面形成亲水性区域；
2）疏水性处理：将步骤1）得到的基板依次用甲苯和去离子水冲洗，直至所述基板表面形成疏水性区域；
3）亲水-疏水区域处理：将步骤2）中得到的基板的疏水性区域通过紫外光光照或者用电子束直接描写进行预设图形的描绘，直至所述基板的疏水性区域形成亲水区域，即形成亲水-疏水区域；
4）超声分散：将纳米材料溶于乙醇或将纳米材料与表面活性剂一起溶于去离子水中形成液相混合物，且将该液相混合物置于超声分散仪中进行超声分散；
5）涂覆：将步骤4）中所得到的液相混合物选择性涂覆于步骤3）中所得到基板表面的亲水区域，即得到图形化的纳米材料阵列。
优选地，上述步骤1）中所述基板的材料为Au、Si、SiO2或表面含有Au、Si、SiO2的材料。
优选地，上述步骤1）中所述化学试剂为氨水、过氧化氢、去离子水按体积比1:1:5形成的标准清洗溶液。
优选地，上述步骤2）中所述基板表面全部形成自组装分子层，所述自组装分子层具有疏水基团；
优选地，所述自组装分子层的厚度为1-10nm。
优选地，上述步骤3）中所述紫外光的波不长于350nm。
优选地，上述步骤3）中所述基板通过玻璃或金属掩模板置于紫外光下。
优选地，上述步骤3）中所述电子束由SEM或电子束直接装置提供的。
优选地，上述步骤4）中所述液相混合物为真溶液、悬浊液或胶体。
优选地，上述步骤4）中所述涂覆包括旋转涂覆、提拉涂覆、滴落涂覆或挤压式涂布头涂。
本发明相对于现有技术，具有以下有益效果：本发明纳米材料的图形化工艺方法基于液相法实现工序少成本低；进一步地，本纳米材料的图形化工艺方法具有普适性，可用于组装各种材料与结构的纳米材料；另外，本纳米材料的图形化工艺方法精度高，易得到线宽100 nm以下的精细纳米材料结构。
附图说明
图1是本发明纳米材料的图形化工艺方法的工艺流程图；
图2是经本工艺方法组装得到的量子点阵列的低倍扫描电子显微镜照片,图中标尺为20微米；
图3是经本工艺方法组装得到的量子点阵列的高倍扫描电子显微镜照片,图中标尺为2微米。
具体实施方式
下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但发明的实施方式不限于此。
实施例1
如图1所示，本发明纳米材料的图形化工艺方法的流程图。
1）亲水性处理：将含有5 nm 氧化硅层的硅基板在70°C下浸泡于氨水、过氧化氢、去离子水体积比为1:1:5的标准清洗溶液中；浸泡10分后，取出该硅基板；然后用去离子水冲洗该硅基板；
2）疏水性处理：将步骤1）得到的硅基板室温下浸泡于浓度为0.001mg/ml的十六烷基三氯硅烷的甲苯溶液中；浸泡20分钟后，取出硅基板；然后先用甲苯冲洗硅基板，再用去离子水冲洗硅基板；
3）亲水-疏水处理：将步骤2）得到的硅基板通过玻璃或金属掩模板置于150W的低压汞灯下5mm处曝光，曝光时间为30秒；
4）超声分散：将0.1 mg平均直径为5 nm的硅量子点溶于50 ml乙醇中形成液相混合液，然后将该液相混合液置于300W的超声分散仪中超声，超声时间为30分钟；
5）涂覆：将步骤3）得到的基板垂直于液体表面以10 cm/min的速度向下浸入到步骤4）得到的溶液中浸渍，浸渍时间为1分钟；然后将该基板以2 cm/min的速度提拉出液体表面；得到的样品即为图形化分布的硅量子点阵列。图2所示，经本工艺方法组装得到的量子点阵列的低倍扫描电子显微镜照片；如图3所示，经本工艺方法组装得到的量子点阵列的高倍扫描电子显微镜照片。
实施例2
1）亲水性处理：将含有5 nm 氧化硅层的硅基板在70°C下浸泡于氨水、过氧化氢、去离子水体积比为1:1:5的标准清洗溶液中；浸泡10分后，取出该硅基板；然后用去离子水冲洗该硅基板；
2）疏水性处理：将步骤1）得到的硅基板室温下浸泡于浓度为0.001mg/ml的十六烷基三氯硅烷的甲苯溶液中；浸泡20分钟后，取出硅基板；然后先用甲苯冲洗硅基板，再用去离子水冲洗硅基板；
3）亲水-疏水处理：将步骤3）得到的基板置于电子束直写装置中，用加速电压为30kV的电子束描绘预设图形，该电子束的曝光量为1pC；
4）超声分散：将0.1 mg单壁碳纳米管与1g十二烷基硫酸纳溶于50 ml去离子水中形成液相混合液，将液相混合液置于500W的超声分散仪中超声，超声时间为60分钟；
5）涂覆：将步骤3）得到的基板垂直于液体表面以10 cm/min的速度向下浸入步骤4）得到的溶液中浸渍，浸渍时间为1分钟；然后将该基板以2 cm/min的速度提拉出液体表面；得到的样品即为图形化分布的单壁碳纳米材料阵列。
上述实施例仅为本发明的较佳实施例，并非用来限定本发明的实施范围。即凡依本发明内容所作的均等变化与修饰，都为本发明权利要求所要求保护的范围所涵盖。
Claims (10)
1.一种纳米材料的图形化工艺方法，其特征在于包括以下步骤：
1）亲水性处理：将基板用UV、化学溶液或O2等离子处理，再用去离子水冲洗该基板，直至所述基板表面形成亲水性区域；
2）疏水性处理：将步骤1）得到的基板依次用甲苯和去离子水冲洗，直至所述基板表面形成疏水性区域；
3）亲水-疏水区域处理：将步骤2）中得到的基板的疏水性区域通过紫外光光照或者用电子束直接描写进行预设图形的描绘，直至所述基板的部分疏水性区域形成亲水区域，即形成亲水-疏水区域；
4）超声分散：将纳米材料溶于乙醇或将纳米材料与表面活性剂一起溶于去离子水中形成液相混合物，且将该液相混合物置于超声分散仪中进行超声分散；
5）涂覆：将步骤4）中所得到的液相混合物选择性涂覆于步骤3）中所得到基板表面的亲水区域，即得到图形化的纳米材料阵列。
2.根据权利要求1所述的纳米材料的图形化工艺方法，其特征在于：上述步骤1）中所述基板的材料为Au、Si、SiO2或表面含有Au、Si、SiO2的材料。
3.根据权利要求1所述的纳米材料的图形化工艺方法，其特征在于：上述步骤1）中所述化学试剂为氨水、过氧化氢、去离子水按体积比1:1:5形成的标准清洗溶液。
4.根据权利要求1所述的纳米材料的图形化工艺方法，其特征在于：上述步骤2）中所述基板表面形成自组装分子层，所述自组装分子层具有疏水基团。
5.根据权利要求4所述的纳米材料的图形化工艺方法，其特征在于：所述自组装分子层的厚度为1-10nm。
6.根据权利要求1所述的纳米材料的图形化工艺方法，其特征在于：上述步骤3）中所述紫外光的波长不大于350nm。
7.根据权利要求1所述的纳米材料的图形化工艺方法，其特征在于：上述步骤3）中所述基板通过玻璃或金属掩模板置于紫外光下。
8.根据权利要求1所述的纳米材料的图形化工艺方法，其特征在于：上述步骤3）中所述电子束由SEM或电子束直接装置提供的。
9.根据权利要求1所述的纳米材料的图形化工艺方法，其特征在于：上述步骤4）中所述液相混合物为真溶液、悬浊液或胶体。
10.根据权利要求1所述的纳米材料的图形化工艺方法，其特征在于：上述步骤4）中所述涂覆包括旋转涂覆、提拉涂覆、滴落涂覆或挤压式涂布头涂覆。
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