[发明专利]一种Al2

说明书

本发明公开了一种Al₂O₃空心球壳阵列的制备方法，包括：(1)采用原子层沉积法在球模板或球阵列模板上沉积Al₂O₃薄膜；所述球模板为聚苯乙烯球或聚甲基丙烯酸甲酯球粉末；所述球阵列模板为附着于衬底上的单层或多层聚苯乙烯球或聚甲基丙烯酸甲酯球阵列；(2)对沉积了Al₂O₃薄膜的球模板或球阵列模板进行退火，或将沉积了Al₂O₃薄膜的球模板或球阵列模板放入有机溶剂中浸泡，去除球模板或球阵列模板，获得Al₂O₃空心球壳阵列。本发明具有重复性高、周期短、可大批量生产等优势；同时，本发明制备的Al₂O₃空心球壳阵列具有球壳厚度可精确控制、最大孔隙率可达95％以上等优势。

技术领域

本发明涉及一种Al₂O₃空心球壳阵列的制备方法。

背景技术

空心球壳由于具有相对较大的比表面积、巨大的孔隙率、高的负载容量等性质逐渐受到人们的关注。按照其组合方式，可以分为零维、二维和三维阵列结构。零维的空心球壳主要应用于锂电池、气体传感器、光催化等领域。将空心球壳组装为二维阵列则可以作为表面增强拉曼散射的衬底和防雾涂层。进一步将空心球壳组装为三维阵列结构，优异的光学性质则使其在减反涂层、光子晶体、光学滤波器等领域得到广泛的应用。空心球壳结构一般是通过在模板上制备涂层，然后去除模板留下涂层材料作为支架得到。作为空心球壳的支架材料，Al₂O₃由于价廉，无毒，致密性好，强度高等优点而受到广泛的关注。传统方法中，一般在液相中对模板进行修饰，然后与涂层前驱体发生化学反应来制备涂层。由于液相化学反应周期长、均一性差、产量低等缺点，极大地限制了空心球壳的大规模商业应用。

原子层沉积(atomic layer deposition,ALD)是一种可以在任意形状的衬底表面以单原子层的形式真空沉积薄膜的技术。将几种不同的前驱体源交替通入腔室，并在每次通入前驱体后附加一个去除多余源的吹扫过程，由于化学吸附饱和自限制效应，ALD每个周期可以保证在衬底表面只沉积一个原子层。通过控制周期数和各个源的通入比例，可以精确控制薄膜的厚度和掺杂比例。由于沉积的薄膜厚度均一、可重复性高、节省原材料、可大规模批量生产，ALD在商业化晶体管高κ介质层的制备中得到广泛应用。

发明内容

本发明将ALD技术应用到高质量空心球壳阵列的制备当中，提供了一种Al₂O₃空心球壳阵列的制备方法。

本发明提供的一种Al₂O₃空心球壳阵列的制备方法，包括：

(1)采用原子层沉积法在球模板或球阵列模板上沉积厚度为5nm～1000nm的 Al₂O₃薄膜；所述球模板为直径50nm～100000nm的聚苯乙烯球或聚甲基丙烯酸甲酯球粉末；所述球阵列模板为附着于衬底上的单层或多层聚苯乙烯球或聚甲基丙烯酸甲酯球阵列，球阵列中聚苯乙烯球或聚甲基丙烯酸甲酯球的直径为50nm～100000nm；在多层聚苯乙烯球或聚甲基丙烯酸甲酯球阵列中，每一层球阵列的周期和成分相同或不同；

(2)对沉积了Al₂O₃薄膜的球模板或球阵列模板进行退火，或将沉积了Al₂O₃薄膜的球模板或球阵列模板放入有机溶剂中浸泡，去除球模板或球阵列模板，获得Al₂O₃空心球壳阵列。

本发明中，球模板可看作零维球阵列，由球模板获得的Al₂O₃空心球壳阵列即零维Al₂O₃空心球壳阵列。