[发明专利]一种纳米粒子精确有序组装的方法

说明书

技术领域

本发明涉及纳米粒子的有序组装，特别涉及一种纳米粒子精确有序组装的方法。

背景技术

随着纳米粒子在合成方面的研究开发和纳米粒子在工业应用方面的潜在的巨大应用价值，实现不同纳米粒子的有序组装，开发纳米粒子在微电子电路、光学元件、磁性器件方面的潜在应用价值受到了人们的广泛关注。特别是实现纳米粒子的一维阵列化有序组装，研究其在纳米尺度光电元件、单电子量子隧道传输装置、等离子效应利用、能量获取及光电记忆装置等一系列器件的应用。

随着电子器件越来越小型化，人们对纳米功能器件的需求越来越迫切，并对纳米粒子的组装方法进行了相关的探索和研究。目前纳米粒子的组装主要有两种途径：一类是自上而下（Top-down）的方法；另一类是自下而上（Bottom-up）的方法。自下而上的方法即是以分子、纳米粒子作为基本结构单元，通过一定的相互作用，形成特定的纳米结构。它是近年来发展起来的崭新研究领域。纳米粒子的组装是将纳米粒子组织化、结构化和有序化的一项技术，这种纳米粒子的复合结构将会产生一系列新的物理化学性质，对这类体系的研究一方面是为了探索特殊纳米结构的制备方法，以及这类结构特殊的物理化学性质，并为这些新性质和潜在应用做准备；另一方面也将加深人们对纳米结构体系的认识，并结合此类研究开展对这一体系更加深入的研究。这不但具有科学意义，而且具有重要的应用价值。

特别地，一维纳米粒子的组装体由于其各向异性的结构和特殊的物理化学性质，受到了人们的广泛关注。例如，在一维纳米粒子阵列组装体中，由于相邻纳米粒子之间的表面等离子体的耦合作用，纳米粒子的电磁能能够得到传播。通过调控组装体系的结构参数，例如粒子大小和粒子间距，可以调节和优化这种传播的情况。目前组装纳米粒子一维阵列的方法有很多，前面提到的纳米粒子的组装方法如利用纳米粒子之间作用的方法（氢键、范德华力、静电力等），模板的方法（DNA、碳纳米管、共聚物以及纳米纤维等），界面的方法以及外场作用的方法。但是，这些方法不能精确的控制纳米粒子的有效组装，使开发纳米粒子的组装方面的应用受到了极大的限制。如何利用简单有效的方法，实现纳米粒子的精确组装是当前的一个研究热点。

发明内容

本发明的目的是提供一种制备工艺简单可控、成本低、适合大规模生产的纳米粒子精确有序组装的方法。

本发明是利用光学刻蚀的方法对硬质板材进行刻蚀后，在硬质板材的表面得到具有规整排列的柱状阵列结构，并以此表面具有规整排列的柱状阵列结构的板材为模板，选择具有平整表面的板材；将所述的表面具有规整排列的柱状阵列结构的板材作为下基底，将所述的具有平整表面的板材作为上基底，然后在作为下基底的表面具有规整排列的柱状阵列结构的板材和作为上基底的具有平整表面的板材之间填充含有纳米粒子的悬浮液组成三明治的夹层结构，待悬浮液中的溶剂挥发后，将表面具有规整排列的柱状阵列结构的板材和具有平整表面的板材进行分离，在具有平整表面的板材的表面得到精确组装的纳米粒子阵列。本发明制备的纳米粒子阵列能够实现纳米粒子在特定位置的精确组装。此外，制备的纳米粒子阵列在微电子电路、光学元件、磁性器件方面具有潜在的应用价值。

本发明的纳米粒子精确有序组装的方法为：以表面具有规整排列的柱状阵列结构的板材为模板并作为下基底，具有平整表面的板材作为上基底；在作为下基底的表面具有规整排列的柱状阵列结构的板材和作为上基底的具有平整表面的板材之间填充含有纳米粒子的悬浮液，并使上下基底贴紧（上下基底的贴紧方式分为紧密贴紧和非紧密贴紧两种），作为下基底的表面具有规整排列的柱状阵列结构的板材和作为上基底的具有平整表面的板材和含有纳米粒子的悬浮液组成三明治的夹层结构；待悬浮液中的溶剂挥发后，将表面具有规整排列的柱状阵列结构的板材基底和具有平整表面的板材进行分离，在具有平整表面的板材的表面得到精确组装的纳米粒子阵列。

所述的在作为下基底的表面具有规整排列的柱状阵列结构的板材和作为上基底的具有平整表面的板材之间填充含有纳米粒子的悬浮液，一种优选的方案是将含有纳米粒子的悬浮液滴至具有平整表面的板材的表面，然后将表面具有规整排列的柱状阵列结构的板材置于表面含有纳米粒子的悬浮液的具有平整表面的板材表面，使上下基底贴紧；然后将上下基底贴紧的表面具有规整排列的柱状阵列结构的板材和具有平整表面的板材进行翻转，使具有平整表面的板材置于表面具有规整排列的柱状阵列结构的板材的上面。

所述的表面具有规整排列的柱状阵列结构的板材的材料可为硅片、玻璃片或石英片。

所述的柱状阵列结构中的柱的高度优选为500nm～100μm。