[发明专利]一种控制液相中颗粒图案化沉积的方法

说明书

本发明公开了一种控制液相中颗粒图案化沉积的方法，首先制备进行图案化沉积带量子点的调控液；然后将调控液转移到柔性基板上；根据需要图案化的形状制备金属网格模板；将高压直流电源的正极与导电型的柔性基板连通，负极与针尖电极连通；将金属网格模板放置在针尖电极与调控液之间，开启高压直流电源，利用针尖电极放电，调控液中量子点即按照金属网格模板的形状进行聚集，待调控液中量子点完全聚集后，关掉高压直流电源；最后将柔性基板和其上已经成型的调控液转移至高温烘烤箱中对调控液进行固化，液相中颗粒图案化沉积。该方法开创性地引入电荷注入液相的方法，将电荷附着到微粒表面，实现了通过控制电荷进而控制微粒的目的。

技术领域

本发明属于微纳米制造技术领域，涉及一种控制液相中颗粒图案化沉积的方法，是一种新型的对液相中的微纳米颗粒进行特定组装和图形化沉积来构建新的结构或材料体系的调控方法，使得微纳颗粒能以器件或复合材料的形式走向应用。

背景技术

微纳米领域的突破得益于微纳米表征技术的进步，然而推动其走向应用的核心是微纳制造技术的发展。目前微纳米材料的合成方法有多种，其中液相合成微纳米颗粒是一种主流的方法，其对设备依赖度低，操作简单，能够合成各种不同材料；微纳米颗粒也常存储在液相中，以便对其进行保护与运输。而液相中的微纳米颗粒需进行特定组装和图形化沉积来构建新的结构或材料体系，才能以器件或复合材料的形式走向应用。

传统机械制造手段无法实现微纳米颗粒加工器件和复合材料所需要的高精度、大规模颗粒图形化沉积控制，为此一些非机械式的颗粒图形化沉积调控方法被提出。最为常见的调控手段是一种被动方式，即通过流体对流来移动和组装颗粒。然而受限于流体流动的特有属性，该方法的颗粒沉积可控性存在不足，导致“咖啡效应”等非预期效果。

当前基于外部能量的多种主动式方法被用于颗粒调控。利用声辐射力或者声流的拽力实现颗粒群操控是其中一种方法，该方法能够并行大规模控制颗粒图形化沉积，然而由于目前声场调节手段受限，一定程度限制了该方法的灵活性；磁性颗粒可以通过磁场的作用力实现可控沉积和组装，然而该方法仅限于磁性材料颗粒或经过磁性改性的材料；利用光与颗粒的动量交换或者热泳现象，激光被用于单颗粒操控，形成了“光镊”和“热组装”技术，但是该技术无法实现大规模的颗粒操控，目前其应用仅局限于科学研究和生物检测等领域。

相比上述方法，利用电能调控颗粒沉积具有明显的优势，如电能调节灵活，对不同材料均有作用力，不受材料限制，同时能够实现大规模的调控，具有非常大的研究与实用价值。然而现有的电能调控颗粒沉积方法控制精度还不够高，必须借助微纳加工手段的加工模板才能实现与激光相同的高精度操控效果。为此需要一种基于电能调控颗粒沉积的新方法与技术，满足科学研究和应用中的高精度的、灵活的、大规模的颗粒调控需求。

发明内容

本发明的目的是提供一种通过电荷注入调控液相中颗粒图案化沉积的方法。通过空气电离或场发射形成自由电荷，并进行定量调节，自由电荷在外部电场的作用下注入液体中，产生两个物理现象，即电荷与颗粒碰撞并吸附形成带电颗粒，电荷驱动液体对流；通过外部电磁场设置，实现单个电荷束或电子束阵列，依靠电荷束注入局部区域中带电颗粒的库仑力，以及对流的流体力作用，实现高精度颗粒直写式或大规模并行颗粒操控和图形化沉积。该方法借鉴了电泳现象的库伦力和电渗流中对流颗粒输运作用，将传统的单纯利用电场调控变为通过电荷注入来进行作用力与作用区域控制。目前高精度的电子束或离子束注入手段能够消除对于微纳模具的依赖，实现高精度调控；电荷束的电磁时空调控能够摆脱依靠感光材料/热释电材料作为电荷区域调控，实现直写式灵活操控；注入电荷驱动液体对流能够提升电荷作用范围及颗粒调控效率；电荷注入的两种作用机制确保在介电液体和电解质液体中均能实现颗粒调控，克服传统基于电能的调控技术只能适用于特定材料的局限。因此，基于电荷注入方式的颗粒调控从原理上能够实现液相中颗粒的高精度、大规模高效、直写式图形化沉积调控。其基本原理图如图1-1，图1-2所示。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：