專利名稱：一種納米材料的圖形化工藝方法
技術領域：
本發(fā)明涉及納米材料組裝技術領域，特別涉及一種納米材料的圖形化工藝方法。
技術背景
相對傳統(tǒng)宏觀材料，納米材料具備諸多獨特的性質(zhì)。納米材料在復合材料、功能器件、光電催化與藥物輸送等領域具有廣闊的應用前景。尤其是低維納米結(jié)構，如量子點、納米管、納米線、納米帶等材料。低維納米結(jié)構更充分體現(xiàn)了納米材料的尺寸效應以及光、電子傳輸?shù)钠娈愄匦?。將納米材料從納米尺度組裝至宏觀圖形化尺寸(如毫米、微米量級)是實現(xiàn)研究材料特性與制備宏觀可用的功能器件的重要步驟之一。
組裝納米材料的傳統(tǒng)方法是借助特定的原位生長技術或微納加工等后處理技術。 這兩種技術不僅工序復雜、成本高，且不具有普適性。譬如一方面，在制備圖形化的納米粒子中，上述兩種技術往往需要通過甩膠、曝光、顯影、蒸鍍、剝離、退火等多個步驟，且這些工藝步驟未必適用于其他納米材料；另一方面，限于加工工藝的精度限制，傳統(tǒng)方法也不易得到線寬100 nm以下的精細結(jié)構。
綜上所述，目前納米材料的圖形化工藝方法存在的不足之處是工藝復雜成本高、 不適用于多數(shù)納米材料的加工且難以得到線寬100 nm以下的精細納米材料結(jié)構。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明專利所要解決的技術問題是提供一種工序少成本低、適用于大多數(shù)納米材料且易得到線寬為100 nm以下的精細結(jié)構的納米材料的圖形化工藝方法。
為解決上述技術問題，本發(fā)明采用的技術方案為一種納米材料的圖形化工藝方法，包括以下步驟ι)親水性處理將基板用UV、化學溶液或A等離子處理，再用去離子水沖洗該基板，直至所述基板表面形成親水性區(qū)域；2)疏水性處理將步驟1)得到的基板依次用甲苯和去離子水沖洗，直至所述基板表面形成疏水性區(qū)域；3)親水-疏水區(qū)域處理將步驟2)中得到的基板的疏水性區(qū)域通過紫外光光照或者用電子束直接描寫進行預設圖形的描繪，直至所述基板的疏水性區(qū)域形成親水區(qū)域，即形成親水-疏水區(qū)域；4)超聲分散將納米材料溶于乙醇或?qū)⒓{米材料與表面活性劑一起溶于去離子水中形成液相混合物，且將該液相混合物置于超聲分散儀中進行超聲分散；5)涂覆將步驟4)中所得到的液相混合物選擇性涂覆于步驟3)中所得到基板表面的親水區(qū)域，即得到圖形化的納米材料陣列。
優(yōu)選地，上述步驟1)中所述基板的材料為Au、Si、SiO2或表面含有Au、Si、SW2的材料。
優(yōu)選地，上述步驟1)中所述化學試劑為氨水、過氧化氫、去離子水按體積比1:1:5形成的標準清洗溶液。
優(yōu)選地，上述步驟2)中所述基板表面全部形成自組裝分子層，所述自組裝分子層具有疏水基團；優(yōu)選地，所述自組裝分子層的厚度為1-lOnm。
優(yōu)選地，上述步驟3)中所述紫外光的波不長于350nm。
優(yōu)選地，上述步驟3)中所述基板通過玻璃或金屬掩模板置于紫外光下。
優(yōu)選地，上述步驟3)中所述電子束由SEM或電子束直接裝置提供的。
優(yōu)選地，上述步驟4)中所述液相混合物為真溶液、懸濁液或膠體。
優(yōu)選地，上述步驟4 )中所述涂覆包括旋轉(zhuǎn)涂覆、提拉涂覆、滴落涂覆或擠壓式涂布頭涂。
本發(fā)明相對于現(xiàn)有技術，具有以下有益效果本發(fā)明納米材料的圖形化工藝方法基于液相法實現(xiàn)工序少成本低；進一步地，本納米材料的圖形化工藝方法具有普適性，可用于組裝各種材料與結(jié)構的納米材料；另外，本納米材料的圖形化工藝方法精度高，易得到線寬100 nm以下的精細納米材料結(jié)構。


圖1是本發(fā)明納米材料的圖形化工藝方法的工藝流程圖；圖2是經(jīng)本工藝方法組裝得到的量子點陣列的低倍掃描電子顯微鏡照片，圖中標尺為 20微米；圖3是經(jīng)本工藝方法組裝得到的量子點陣列的高倍掃描電子顯微鏡照片，圖中標尺為 2微米。
具體實施方式
下面結(jié)合實施例及附圖對本發(fā)明作進一步詳細的描述，但發(fā)明的實施方式不限于此。
實施例1如圖1所示，本發(fā)明納米材料的圖形化工藝方法的流程圖。
1)親水性處理將含有5 nm氧化硅層的硅基板在70° C下浸泡于氨水、過氧化氫、去離子水體積比為1:1:5的標準清洗溶液中；浸泡10分后，取出該硅基板；然后用去離子水沖洗該硅基板；2)疏水性處理將步驟1)得到的硅基板室溫下浸泡于濃度為0.001mg/ml的十六烷基三氯硅烷的甲苯溶液中；浸泡20分鐘后，取出硅基板；然后先用甲苯?jīng)_洗硅基板，再用去離子水沖洗硅基板；3)親水-疏水處理將步驟2)得到的硅基板通過玻璃或金屬掩模板置于150W的低壓汞燈下5mm處曝光，曝光時間為30秒；4)超聲分散將0.1 mg平均直徑為5 nm的硅量子點溶于50 ml乙醇中形成液相混合液，然后將該液相混合液置于300W的超聲分散儀中超聲，超聲時間為30分鐘；5)涂覆將步驟3)得到的基板垂直于液體表面以10cm/min的速度向下浸入到步驟 4)得到的溶液中浸漬，浸漬時間為1分鐘；然后將該基板以2 cm/min的速度提拉出液體表面；得到的樣品即為圖形化分布的硅量子點陣列。圖2所示，經(jīng)本工藝方法組裝得到的量子點陣列的低倍掃描電子顯微鏡照片；如圖3所示，經(jīng)本工藝方法組裝得到的量子點陣列的高倍掃描電子顯微鏡照片。
實施例21)親水性處理將含有5nm氧化硅層的硅基板在70° C下浸泡于氨水、過氧化氫、去離子水體積比為1:1:5的標準清洗溶液中；浸泡10分后，取出該硅基板；然后用去離子水沖洗該硅基板；2)疏水性處理將步驟1)得到的硅基板室溫下浸泡于濃度為0.001mg/ml的十六烷基三氯硅烷的甲苯溶液中；浸泡20分鐘后，取出硅基板；然后先用甲苯?jīng)_洗硅基板，再用去離子水沖洗硅基板；3)親水-疏水處理將步驟3)得到的基板置于電子束直寫裝置中，用加速電壓為30kV 的電子束描繪預設圖形，該電子束的曝光量為IpC ；4)超聲分散將0.1 mg單壁碳納米管與Ig十二烷基硫酸納溶于50 ml去離子水中形成液相混合液，將液相混合液置于500W的超聲分散儀中超聲，超聲時間為60分鐘；5)涂覆將步驟3)得到的基板垂直于液體表面以10cm/min的速度向下浸入步驟4) 得到的溶液中浸漬，浸漬時間為1分鐘；然后將該基板以2 cm/min的速度提拉出液體表面； 得到的樣品即為圖形化分布的單壁碳納米材料陣列。
上述實施例僅為本發(fā)明的較佳實施例，并非用來限定本發(fā)明的實施范圍。即凡依本發(fā)明內(nèi)容所作的均等變化與修飾，都為本發(fā)明權利要求所要求保護的范圍所涵蓋。
權利要求
1.一種納米材料的圖形化工藝方法，其特征在于包括以下步驟1)親水性處理將基板用UV、化學溶液或A等離子處理，再用去離子水沖洗該基板，直至所述基板表面形成親水性區(qū)域；2)疏水性處理將步驟1)得到的基板依次用甲苯和去離子水沖洗，直至所述基板表面形成疏水性區(qū)域；3)親水-疏水區(qū)域處理將步驟2)中得到的基板的疏水性區(qū)域通過紫外光光照或者用電子束直接描寫進行預設圖形的描繪，直至所述基板的部分疏水性區(qū)域形成親水區(qū)域， 即形成親水-疏水區(qū)域；4)超聲分散將納米材料溶于乙醇或?qū)⒓{米材料與表面活性劑一起溶于去離子水中形成液相混合物，且將該液相混合物置于超聲分散儀中進行超聲分散；5)涂覆將步驟4)中所得到的液相混合物選擇性涂覆于步驟3)中所得到基板表面的親水區(qū)域，即得到圖形化的納米材料陣列。
2.根據(jù)權利要求1所述的納米材料的圖形化工藝方法，其特征在于上述步驟1)中所述基板的材料為Au、Si、SW2或表面含有Au、Si、SW2的材料。
3.根據(jù)權利要求1所述的納米材料的圖形化工藝方法，其特征在于上述步驟1)中所述化學試劑為氨水、過氧化氫、去離子水按體積比1:1:5形成的標準清洗溶液。
4.根據(jù)權利要求1所述的納米材料的圖形化工藝方法，其特征在于上述步驟2)中所述基板表面形成自組裝分子層，所述自組裝分子層具有疏水基團。
5.根據(jù)權利要求4所述的納米材料的圖形化工藝方法，其特征在于所述自組裝分子層的厚度為1-lOnm。
6.根據(jù)權利要求1所述的納米材料的圖形化工藝方法，其特征在于上述步驟3)中所述紫外光的波長不大于350nm。
7.根據(jù)權利要求1所述的納米材料的圖形化工藝方法，其特征在于上述步驟3)中所述基板通過玻璃或金屬掩模板置于紫外光下。
8.根據(jù)權利要求1所述的納米材料的圖形化工藝方法，其特征在于上述步驟3)中所述電子束由SEM或電子束直接裝置提供的。
9.根據(jù)權利要求1所述的納米材料的圖形化工藝方法，其特征在于上述步驟4)中所述液相混合物為真溶液、懸濁液或膠體。
10.根據(jù)權利要求1所述的納米材料的圖形化工藝方法，其特征在于上述步驟4)中所述涂覆包括旋轉(zhuǎn)涂覆、提拉涂覆、滴落涂覆或擠壓式涂布頭涂覆。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種納米材料的圖形化工藝方法，該納米材料的圖形化工藝方法基于液相法實現(xiàn)工序少成本低；進一步地，本納米材料的圖形化工藝方法具有普適性，可用于組裝各種材料與結(jié)構的納米材料；另外，本納米材料的圖形化工藝方法精度高，易得到線寬為100nm以下的精細納米材料結(jié)構。
文檔編號B82B3/00GK102502485SQ20111035486
公開日2012年6月20日 申請日期2011年11月10日 優(yōu)先權日2011年11月10日
發(fā)明者丸山茂夫, 吳天準, 曾志平, 曾海強, 桂許春, 湯子康, 祝淵, 蘇宇泉, 項榮 申請人:中山大學