[发明专利]一种纳米粒子可调控组装方法

说明书

本公开公开了一种纳米粒子可调控组装方法，该方法通过构筑一种“三明治”结构来实现纳米粒子的可调控自组装，其中，“三明治”结构的组成为：图案化硅基板‑纳米粒子和表面活性剂的混合胶体溶液‑平整基片。超疏水结构化硅基板和超亲水平整基片之间大的表面能差，使得混合胶体溶液在两基片的接触面形成微米级的液桥对纳米粒子进行定向诱导组装。利用液桥收缩的方式使纳米粒子形成大面积的规则的纳米结构，在上基片形成与硅基板相同的任意形状的自组装结构。

技术领域

本公开涉及纳米粒子的自组装，属于纳米技术领域，旨在提供一种纳米粒子的可控、有序组装的通用方法。

背景技术

纳米技术自诞生以来就对人类的生产和生活，产生了革命性的影响。随着研究的深入和科技的不断发展，纳米技术在现代科学领域已经变得举足轻重。纳米粒子作为一种新型材料，在保留材料自身性能的同时，由于其独特的纳米尺寸特性，在磁性、导电性、催化以及吸附性等表现出优良的性能，被广泛应用于光学、电学以及生物医药等领域。纳米粒子自组装是其得以应用的重要前提，纳米粒子自组装就是通过物理、化学或者其他方法，将纳米粒子按照一定的顺序进行排列或者堆叠，得到具备一定功能的有序阵列，实现其与传统材料不同的特性。但是纳米粒子种类繁多，合成出来的纳米粒子存在单分散性差、粒径大小不可控等问题，所以纳米粒子自组装技术一直是科研工作者研究的热点。现有的纳米粒子自组装技术主要有喷墨打印法、模板聚合法、压印法、界面诱导法等，在激光器、太阳能电池、光催化以及各种光学器件等方面都具有广泛的应用前景和重要的研究意义。

然而，现有纳米粒子的自组装方法还是存在：制备工艺复杂且成本较高；不利于大规模、图案化组装纳米粒子；纳米粒子难转移、对纳米粒子的单分散性和规整度要求高等难点需要解决。

发明内容

本公开所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，设计了一种基于浸润性的“三明治”结构，提供了一种通用的、对现有纳米粒子进行可调控组装的方法。

为解决上述技术问题，本公开采用的技术方案是：本公开提供了一种通用的、对现有纳米粒子进行可调控组装的方法。其制备方法包括以下步骤：

配置合适浓度的纳米粒子与表面活性剂形成的混合胶体乳液；

超疏水修饰结构化基板、超亲水修饰上基片；

构筑上基片-混合胶体乳液-结构化基板形成的“三明治”结构，在上基片和混合胶体乳液之间形成胶体乳液液桥；

胶体乳液液桥在合适的温度下蒸发、收缩，在上基片沉积，形成层数、厚度或者结构可控的纳米粒子自组装三维结构；

将沉积好纳米粒子的上基片与垫片和硅基板剥离，得到可控的纳米粒子自组装三维结构。

可选地，所述表面活性剂包括十二烷基苯磺酸钠和（SDBS）、十二烷基磺酸钠(SDS)、或吐温20或吐温80；和/或，所述表面活性剂的浓度范围为0-1%wt。

可选地，所述纳米粒子包括聚苯乙烯（PS）、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、荧光微球、二氧化硅(SiO₂)、二氧化钛(TiO₂)或量子点(QD)。

可选地，所述纳米粒子的粒径分布在几纳米到几百纳米；和/或，所述纳米粒子的分散度为单分散性或多分散性；和/或，所述纳米粒子的形状为规则型或不规则型。

可选地，所述结构化基板的特征尺寸为1-10微米，所述结构化基板的图案可设计成封闭或非封闭图形。

可选地，所述上基片包括ITO玻璃、聚丙烯酸（PAA）片、PMMA片或硅片。

可选地，所述硅片包括生长SiO₂纳米层的SiO₂@Si硅片。

可选地，还包括设置在所述结构化基板周围的垫片；和/或，所述垫片为PDMS垫片。