[发明专利]一种基于紫外光固化驻极体的自组装方法

说明书

技术领域

本发明属于微纳制造技术领域，具体涉及一种基于紫外光固化驻极体的自组装方法。

背景技术

纳米材料自组装是新型结构制备中一种有效且重要的方法，主要用于合成许多新奇特性的纳米或微米尺度结构，广泛应用在光电子、生物制药、气体传感器、光伏器件等许多领域。在自组装过程中，原子、分子、颗粒以及其它建构体，由系统能量驱动，把它们自己组装成特殊功能结构。实现自组装的驱动力包括范德华力、氢键、静电力、表面张力、毛细管力等。其中，利用驻极体图形化电荷产生的静电力能够实现各种纳米材料自组装，包括金属微粒、固体电介质微粒、磁性非磁性粒子、有机无机粒子等。

目前，形成驻极体图形化电荷的方法通常是使用原子力显微镜、聚焦离子束、电子束、电晕放电等在驻极体材料上注入电荷或者使用热极化法在驻极体材料内部诱导出定向的偶极电荷等。然而，传统的制备方法存在很多不足之处：（1）加工效率低，例如，原子力加工速度慢，加工面积小；（2）工艺成本高，例如，聚焦离子束和电子束加工需要昂贵复杂的加工设备（3）加工条件苛刻，例如电晕放电需要高压，热极化法需要将材料加热到熔融状态。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种基于紫外光固化驻极体的自组装方法，能在常温下实现各种纳米材料自组装，降低加工成本的同时还提高了加工效率。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种基于紫外光固化驻极体的自组装方法，包括以下步骤：

第一步，导电金模板的制备及处理：利用光刻、溅射、剥离工艺，在玻璃上加工出所需要的金图形结构，并对其进行表面处理，使其利于与UV光固化聚合物的脱模；

第二步，基材的选择及处理：采用FTO或ITO玻璃作为基材，利用匀胶机在其表面旋涂一层厚度为微米级别的UV光固化聚合物材料；

第三步，施加外电场在UV光固化聚合物表面诱导出图形化电荷：通过控制导电金模板与玻璃基底的距离小于UV光固化材料膜厚使导电金模板与UV光固化聚合物材料紧密接触，施加外接直流电源，导电金模板接电源的负极，基材的FTO或ITO玻璃接电源正极，电压调节范围在0-200V，持续2-10分钟，在UV光固化聚合物表面诱导出图形化电荷；

第四步，紫外光固化冻结外电场诱导出的图形化电荷：在保持电压不变的情况下利用紫外光从底部透过FTO或ITO玻璃照射UV光固化聚合物材料，在聚合物材料固化的同时冻结外电场诱导出的图形化电荷，紫外光强度为300-400mW/cm²；

第五步，撤去电压后脱模获得图形化电荷驻极体实现纳米材料的自组装：UV光固化聚合物材料固化后，撤去外加电压，将导电金模板从聚合物材料表面揭下，获得具有图形化电荷的紫外光固化驻极体，把具有图形化电荷的驻极体浸入粒子溶液中，利用图形化电荷产生的静电力实现纳米粒子自组装，最后把紫外光固化驻极体从粒子溶液中取出，获得与导电金模具图案对应的纳米粒子组装图。

所述的粒子溶液是通过把纳米至微米级的粒子颗粒，以2×10¹⁰-8×10¹¹NPs/mL的浓度分散在一些低介电常数的非极性溶剂中，用磁力搅拌机搅拌6-10小时，超声清洗机超声20-60分钟使其均匀分散得到，粒子为二氧化硅或聚苯乙烯小球，低介电常数的非极性溶剂为Perfluorodecalin、Fluorinert FC-77或perfluorocarbon。

本发明采用紫外光固化驻极体获得图形化电荷实现多种纳米材料的自组装，工艺路线简单，不需要昂贵的加工设备及复杂的工艺控制，在常温低压下就可以实现，大大降低制造成本，提高了加工效率，形成的自组装结构，可广泛应用在光电子、生物制药、气体传感器、光伏器件等许多领域。

附图说明：

图1为本发明在玻璃基底上光刻出模板图案的示意图。

图2为本发明在光刻后的模板上溅射一层金导电层的示意图。

图3为本发明将溅射金的模板剥离得到导电金模具的示意图。

图4为本发明在基材旋涂一层UV光固化聚合物材料的示意图

图5为本发明使导电金模具与UV光固化聚合物材料紧密接触并施加外接电源示意图。

图6为本发明在外加电场下UV光固化聚合物表面形成图形化电荷并使用UV光固化冻结图案化电荷的示意图。

图7为本发明撤除外加电源后脱去导电金模板得到具有图形化电荷的紫外光固化驻极体的示意图。