[发明专利]一种异质二元不对称微粒的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于材料科学领域，具体涉及一种异质二元不对称微粒的制备方法。

背景技术

不对称微结构，尤其是不对称微粒通常指该微粒(或微粒表面)的两半分别由两种不同性质的化学物质构成，具有各向异性的特点^[1]。由于它具有双官能结构，在纳米或微米范围内，不对称微粒可以作为超微粒组装的构筑基元，具有极其重要的应用前景。例如，可将不对称微粒的两侧分别修饰成亲水和疏水而成为表面活性剂；两侧分别带上正、负电荷，微粒就具有高的电偶极矩，可用于制备电子器件或可重复使用的电子纸；利用不对称微粒作为结构单元，可以构成高级自组装结构。另外，在流变学研究、生物传感器设计等领域，不对称微粒也有着重要的应用。由于上述原因，不对称微粒的制备、性能研究及基于不对称微粒的高级组装已成为材料科学领域中一个新兴的热点。

美国学者Glotzer在Science中撰文指出^[2]，和传统的材料相比，新一代的材料将受益于新颖的构筑基元的设计、程序化组装与合成以满足特定的功能性需求。通过设计超分子或微粒结构，以此作为基本单元构筑结构更为高级、功能更为复杂的超结构，将会给材料科学带来革命性的变化，而在各种结构微粒的制备中，不对称微粒的制备最为基础也最为重要。

目前几种典型的制备不对称结构的方法有：同时挤出或喷出的方法——为流控结合光聚合与光刻蚀聚合；拓扑选择性表面修饰与改性——对单层微粒的选择性修饰来自制备不对称微粒；两相界面法——利用两相反应性差异实现微粒的不对称修饰；以ABC三嵌段共聚物为先驱体的方法；模板定向自组装；还包括受控相分离以及受控表面成核等。不对称微粒的高效制备是使其真正走向应用的关键。

目前，关于不对称微粒的制备方法都涉及到一些瓶颈技术，加大了制备的复杂性，相应的产率也不是很高。

发明内容

本发明的目的是提供一种步骤简单的异质二元不对称微粒的制备方法。

本方法涉及到掩模遮蔽技术、功能化修饰技术以及一些组装和刻蚀方面的技术。功能化基元，如荧光量子点，对未被掩蔽二氧化硅微粒部分进行修饰，得到的荧光功能化二元不对称微粒具有荧光稳定的特点。功能性异质不对称微粒的各向异性使其可以应用于超微粒组装、微电子设备的制备、传感器设计以及流变学研究等方面。

为此，本发明采用如下的技术方案：以具有荧光性异质二元不对称微粒的制备为例，其包括以下步骤：

1)将5～20mL浓度为1～20wt％的二氧化硅胶体微粒的水分散液加入到等体积的浓度为1×10^-3～5×10^-3mol/L的十六烷基三甲基溴化铵水溶液中，在100～300rpm转速下磁力搅拌1～4小时，完成后加入0.1～0.5g氯化钠以及10～20mL氯仿或环己烷，在500～2000rpm转速下磁力搅拌10～30分钟，离心分离精制后得到疏水二氧化硅微粒，氯化钠在这里起到阻止十六烷基三甲基溴化铵在二氧化硅微粒表面形成多层的作用。然后将得到的疏水二氧化硅微粒用注射器滴加到盛有水的容器中，疏水二氧化硅微粒就会在气液界面排列为单层，再加入50～200μL、浓度为1～10wt％的十二烷基磺酸钠表面活性剂使二氧化硅微粒彼此紧密排列；以处理过的硅片为基底，从单层二氧化硅微粒底部将紧密排列的疏水二氧化硅微粒托起，放于倾斜面上自然干燥就得到二维有序的单层二氧化硅微粒阵列；

2)将100～200μL、浓度为10～50mg/mL的非水溶性聚合物的甲苯溶液滴加到覆有单层二氧化硅微粒阵列的硅片上，利用台式匀胶机以3000～5000rpm的转速旋涂成100～500nm厚的膜层，再经过反应性等离子体刻蚀20～150秒(刻蚀气压为5～10mTorr，刻蚀温度10～20℃，氧气流速10～30sccm，刻蚀功率为10～40W)，露出二氧化硅微粒的顶部，这样就在硅片上得到部分掩蔽的二氧化硅微粒阵列；

3)将50～200μL的带有氨基且能与二氧化硅进行化学键联的试剂放入容器中，再与部分掩蔽的二氧化硅微粒阵列连同硅片基底一同放于干燥器中，于50～100℃下加热20～300分钟，带有氨基且能与二氧化硅进行化学键联的试剂对二氧化硅微粒的裸露部分进行功能化修饰，使其表面带有氨基，加热时间可以随温度提高而缩短，例如，60℃下加热3小时、80℃下加热半小时；