专利名称：一种纳米粒子精确有序组装的方法
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 100 μ m。所述的柱状阵列结构为纺锤柱阵列结构、圆柱阵列结构或多面体柱阵列结构。所述的具有平整表面的板材的材料可选自硅片、玻璃片、石英片、PET薄膜、PS薄膜、PU薄膜、铝片、氧化铝片中的一种。所述的含有纳米粒子的悬浮液是由纳米粒子、溶剂和表面活性剂组成。所述的含有纳米粒子的悬浮液中的纳米粒子的质量含量优选为0.01% 50%，表面活性剂的质量含量为0.005% 1%，余量为溶剂。所述的纳米粒子的粒径范围为2nm 900nm。所述的纳米粒子选自钼、金、银、铜、氧化锌、氧化铁、四氧化三铁、二氧化钛、二氧化硅、PS微球、CdTe量子点的颗粒中的一种或几种；或者选自以PS微球为核，核外包覆钼壳、金壳、银壳或铜壳的核壳结构的颗粒中的一种或几种。所述的表面活性剂选自十二烷基苯磺酸纳、十二烷基硫酸钠、硬脂酸、脂肪酸甘油酯中的一种。所述的溶剂选自水、乙醇、乙二醇、异丙醇中的一种或几种。本发明将表面具有规整排列的柱状阵列结构的板材和含有纳米粒子的悬浮液结合制备纳米粒子阵列，其制备方法简单快捷，可控性强，制备成本低，便于大规模生产。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，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。
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细阐述。
图1.本发明实施例1中的表面具有规整排列的纺锤柱状阵列的硅片的示意图。图2.本发明实施例1中的基于表面具有规整排列的纺锤柱状阵列的硅片与具有平整表面的硅片组成的夹层结构的示意图。图3.本发明实施例1中的基于表面具有规整排列的纺锤柱状阵列的硅片、含有纳米粒子的悬浮液(位于夹层中间)以及具有平整表面的硅片组成的三明治结构的示意图。图4.本发明实施例1中的银纳米粒子颗粒的电镜照片。图5.本发明实施例13中的金纳米粒子的电镜照片。图6.本发明通过上面的具有平整表面的板材与下面的表面具有规整排列的柱状阵列结构的板材的模板紧密贴紧后，在具有平整表面的板材表面所制备的由纳米粒子组装的阵列的示意图。图7.本发明通过上面的具有平整表面的板材与下面的表面具有规整排列的柱状阵列结构的板材的模板非紧密贴紧后，在具有平整表面的板材表面制备的由纳米粒子组装的纳米线阵列的示意图。
具体实施例方式实施例1选取娃片，米用常规掩膜光学刻蚀的方法，在娃片的表面刻蚀出规整排列的6X6的纺锤柱状阵列(如图1所示),其中纺锤柱状阵列中的纺锤柱之间的水平间距为ΙΟμπι，竖直间距为20 μ m，高度为20 μπι。将具有平整表面的硅片用乙醇超声清洗10分钟后用氮气吹干；将由粒径约为50nm的银纳米粒子(电镜照片如图4所示)、十二烷基硫酸钠与水配制得到的银纳米粒子的质量 含量为0.5%、十二烷基硫酸钠的质量含量为0.05%、余量为水的含有银纳米粒子的悬浮液，用滴管滴至上述清洗干净的硅片表面；然后将上述表面具有规整排列的纺锤柱状阵列结构的硅片置于表面含有银纳米粒子的悬浮液的硅片表面，使表面具有规整排列的纺锤柱状阵列结构的硅片与表面含有银纳米粒子的悬浮液的硅片紧密贴紧(如图3所示)；将紧密贴紧的表面具有规整排列的纺锤柱状阵列结构的硅片和具有平整表面的娃片翻转，使具有平整表面的娃片置于表面具有规整排列的纺锤柱状阵列结构的娃片的上面(如图2所示)；待悬浮液中的水挥发后，银纳米粒子在所述的纺锤柱状阵列之间进行组装，将表面具有规整排列的纺锤柱状阵列结构的硅片和具有平整表面的硅片进行分离，即在具有平整表面的硅片表面得到银纳米粒子有序阵列(如图6所示)。实施例2选取玻璃片，米用常规掩膜光学刻蚀的方法，在玻璃片的表面刻蚀出规整排列的8X6的圆柱状阵列，其中圆柱状阵列中的圆柱之间的水平间距为ΙΟμπι，竖直间距为20 μ m，高度为100 μπι。将具有平整表面的玻璃片用乙醇超声清洗10分钟后用氮气吹干；将由粒径约为2nm的金纳米粒子、十二烷基苯磺酸钠与乙醇配制得到的金纳米粒子的质量含量为20%、十二烷基苯磺酸钠的质量含量为0.5%、余量为乙醇的含有金纳米粒子的悬浮液，用滴管滴至上述清洗干净的玻璃片表面；然后将上述表面具有规整排列的圆柱状阵列结构的玻璃片置于表面含有金纳米粒子的悬浮液的玻璃片表面，使表面具有规整排列的圆柱状阵列结构的玻璃片与表面含有金纳米粒子的悬浮液的玻璃片以非紧密贴紧的方式贴紧；将非紧密贴紧的表面具有规整排列的圆柱状阵列结构的玻璃片和具有平整表面的玻璃片翻转，使具有平整表面的玻璃片置于表面具有规整排列的圆柱状阵列结构的玻璃片的上面；待悬浮液中的乙醇挥发后，金纳米粒子在所述的圆柱状阵列之间进行组装，将表面具有规整排列的圆柱状阵列结构的玻璃片和具有平整表面的玻璃片进行分离，由于上述表面具有规整排列的圆柱状阵列结构的玻璃片与表面含有金纳米粒子的悬浮液的玻璃片是以非紧密贴紧的方式贴紧，在具有平整表面的玻璃片表面得到金纳米粒子有序组装的纳米线阵列(如图7所示)。实施例3选取石英片，采用常规掩膜光学刻蚀的方法，在石英片的表面刻蚀出规整排列的10X6的正方体柱状阵列，其中正方体柱状阵列中的正方体柱之间的水平间距为ΙΟμπι，竖直间距为20 μ m,高度为500 μ m。将具有平整表面的石英片用乙醇超声清洗10分钟后用氮气吹干；将由粒径约为IOnm的钼纳米粒子、硬脂酸与乙二醇配制得到的钼纳米粒子的质量含量为1%、硬脂酸的质量含量为0.01%、余量为乙二醇的含有钼纳米粒子的悬浮液，用滴管滴至上述清洗干净的石英片表面；然后将上述表面具有规整排列的正方体柱状阵列结构的石英片置于表面含有钼纳米粒子的悬浮液的石英片表面，使表面具有规整排列的正方体柱状阵列结构的石英片与表面含有钼纳米粒子的悬浮液的石英片紧密贴紧；将紧密贴紧的表面具有规整排列的正方体柱状阵列结构的石英片和具有平整表面的石英片翻转，使具有平整表面的石英片置于表面具有规整排列的正方体柱状阵列结构的石英片的上面；待悬浮液中的乙二醇挥发后，钼纳米粒子在所述的正方体柱状阵列之间进行组装，将表面具有规整排列的正方体柱状阵列结构的石英片和具有平整表面的石英片进行分离，即在具有平整表面的石英片表面得到钼纳米粒子有序阵列。实施例4选取娃片，米·用常规掩膜光学刻蚀的方法，在娃片的表面刻蚀出规整排列的10X8的正三棱柱状阵列，其中正三棱柱状阵列中的正三棱柱之间的水平间距为10 μ m,竖直间距为20 μ m，高度为10 μ m。将具有平整表面的PET薄膜用乙醇超声清洗10分钟后用氮气吹干；将由粒径约为40nm的铜纳米粒子、脂肪酸甘油酯与异丙醇配制得到的铜纳米粒子的质量含量为0.6%、脂肪酸甘油酯的质量含量为0.06%、余量为异丙醇的含有铜纳米粒子的悬浮液，用滴管滴至上述清洗干净的PET薄膜表面；然后将上述表面具有规整排列的正三棱柱状阵列结构的硅片置于表面含有铜纳米粒子的悬浮液的PET薄膜表面，使表面具有规整排列的正三棱柱状阵列结构的硅片与表面含有铜纳米粒子的悬浮液的PET薄膜紧密贴紧；将紧密贴紧的表面具有规整排列的正三棱柱状阵列结构的硅片和具有平整表面的PET薄膜翻转，使具有平整表面的PET薄膜置于表面具有规整排列的正三棱柱状阵列结构的硅片的上面；待悬浮液中的异丙醇挥发后，铜纳米粒子在所述的正三棱柱状阵列之间进行组装，将表面具有规整排列的正三棱柱状阵列结构的硅片和具有平整表面的PET薄膜进行分离，即在具有平整表面的PET薄膜表面得到铜纳米粒子有序阵列。实施例5选取玻璃片，采用常规掩膜光学刻蚀的方法，在玻璃片的表面刻蚀出规整排列的6X6的纺锤柱状阵列，其中纺锤柱状阵列中的纺锤柱之间的水平间距为10 μ m,竖直间距为20 μ m，高度为30 μ m。将具有平整表面的PS薄膜用乙醇超声清洗10分钟后用氮气吹干；将由粒径约为40nm的氧化锌纳米粒子、十二烷基硫酸钠与水配制得到的氧化锌纳米粒子的质量含量为0.01%、十二烷基硫酸钠的质量含量为0.005%、余量为水的含有氧化锌纳米粒子的悬浮液，用滴管滴至上述清洗干净的PS薄膜表面；然后将上述表面具有规整排列的纺锤柱状阵列结构的玻璃片置于表面含有氧化锌纳米粒子的悬浮液的PS薄膜表面，使表面具有规整排列的纺锤柱状阵列结构的玻璃片与表面含有氧化锌纳米粒子的悬浮液的PS薄膜紧密贴紧；将紧密贴紧的表面具有规整排列的纺锤柱状阵列结构的玻璃片和具有平整表面的PS薄膜翻转，使具有平整表面的PS薄膜置于表面具有规整排列的纺锤柱状阵列结构的玻璃片的上面；待悬浮液中的水挥发后，氧化锌纳米粒子在所述的纺锤柱状阵列之间进行组装，将表面具有规整排列的纺锤柱状阵列结构的玻璃片和具有平整表面的PS薄膜进行分离，即在具有平整表面的PS薄膜表面得到氧化锌纳米粒子有序阵列。实施例6选取石英片，采用常规掩膜光学刻蚀的方法，在石英片的表面刻蚀出规整排列的12X10的圆柱状阵列，其中圆柱状阵列中的圆柱之间的水平间距为5μπι，竖直间距为
10μ m,高度为5 μ m。将具有平整表面的I3U薄膜用乙醇超声清洗10分钟后用氮气吹干；将由粒径约为50nm的氧化铁纳米粒子、十二烧基苯磺酸钠与乙醇配制得到的氧化铁纳米粒子的质量含量为10%、十二烷基苯磺酸钠的质量含量为0.6%、余量为乙醇的含有氧化铁纳米粒子的悬浮液，用滴管滴至上述清洗干净的PU薄膜表面；然后将上述表面具有规整排列的圆柱状阵列结构的石英片置于表面含有氧化铁纳米粒子的悬浮液的PU薄膜表面，使表面具有规整排列的圆柱状阵列结构的石英片与表面含有氧化铁纳米粒子的悬浮液的PU薄膜紧密贴紧；将紧密贴紧的表面具有规整排列的圆柱状阵列结构的石英片和具有平整表面的PU薄膜翻转，使具有 平整表面的薄膜置于表面具有规整排列的圆柱状阵列结构的石英片的上面；待悬浮液中的乙醇挥发后，氧化铁纳米粒子在所述的圆柱状阵列之间进行组装，将表面具有规整排列的圆柱状阵列结构的石英片和具有平整表面的PU薄膜进行分离，即在具有平整表面的PU薄膜表面得到氧化铁纳米粒子有序阵列。实施例7选取娃片，米用常规掩膜光学刻蚀的方法，在娃片的表面刻蚀出规整排列的10X7的正方体柱状阵列，其中正方体柱状阵列中的正方体柱之间的水平间距为10 μ m,竖直间距为30 μ m，高度为40nm。将具有平整表面的铝片用乙醇超声清洗10分钟后用氮气吹干；将由粒径约为30nm的四氧化三铁纳米粒子、硬脂酸与乙二醇配制得到的四氧化三铁纳米粒子的质量含量为1%、硬脂酸的质量含量为0.01%、余量为乙二醇的含有四氧化三铁纳米粒子的悬浮液，用滴管滴至上述清洗干净的铝片表面；然后将上述表面具有规整排列的正方体柱状阵列结构的硅片置于表面含有四氧化三铁纳米粒子的悬浮液的铝片表面，使表面具有规整排列的正方体柱状阵列结构的硅片与表面含有四氧化三铁纳米粒子的悬浮液的铝片紧密贴紧；将紧密贴紧的表面具有规整排列的正方体柱状阵列结构的硅片和具有平整表面的铝片翻转，使具有平整表面的铝片置于表面具有规整排列的正方体柱状阵列结构的硅片的上面；待悬浮液中的乙二醇挥发后，四氧化三铁纳米粒子在所述的正方体柱状阵列之间进行组装，将表面具有规整排列的正方体柱状阵列结构的硅片和具有平整表面的铝片进行分离，即在具有平整表面的铝片片表面得到四氧化三铁纳米粒子有序阵列。实施例8选取玻璃片，采用常规掩膜光学刻蚀的方法，在玻璃片的表面刻蚀出规整排列的15X10的正三棱柱状阵列，其中正三棱柱状阵列中的正三棱柱之间的水平间距为15μπι，竖直间距为30 μ m,高度为50 μ m。将具有平整表面的氧化铝片用乙醇超声清洗10分钟后用氮气吹干；将由粒径约为40nm的二氧化钛纳米粒子、脂肪酸甘油酯与异丙醇配制得到的二氧化钛纳米粒子的质量含量为0.6%、脂肪酸甘油酯的质量含量为0.06%、余量为异丙醇的含有二氧化钛纳米粒子的悬浮液，用滴管滴至上述清洗干净的氧化铝片表面；然后将上述表面具有规整排列的正三棱柱状阵列结构的玻璃片置于表面含有二氧化钛纳米粒子的悬浮液的氧化铝片表面，使表面具有规整排列的正三棱柱状阵列结构的玻璃片与表面含有二氧化钛纳米粒子的悬浮液的氧化铝片紧密贴紧；将紧密贴紧的表面具有规整排列的正三棱柱状阵列结构的玻璃片和具有平整表面的氧化铝片翻转，使具有平整表面的氧化铝片置于表面具有规整排列的正三棱柱状阵列结构的玻璃片的上面；待悬浮液中的异丙醇挥发后，二氧化钛纳米粒子在所述的正三棱柱状阵列之间进行组装，将表面具有规整排列的正三棱柱状阵列结构的玻璃片和具有平整表面的氧化铝片进行分离，即在具有平整表面的氧化铝片表面得到二氧化钛纳米粒子有序阵列。实施例9选取石英片，采用常规掩膜光学刻蚀的方法，在石英片的表面刻蚀出规整排列的10X5的纺锤柱状阵列，其中纺锤柱状阵列中的纺锤柱之间的水平间距为20 μ m，竖直间距为40 μ m，高度为50 μ m。将具有平整表面的石英片用乙醇超声清洗10分钟后用氮气吹干；将由粒径约为900nm的二氧化硅纳米粒子、十二烷基硫酸钠与水配制得到的二氧化硅纳米粒子的质量含量为50%、十二烷基硫酸钠的质量含量为1%、余量为水的含有二氧化硅纳米粒子的悬浮液，用滴管滴至上述清洗干净的石英片表面；然后将上述表面具有规整排列的纺锤柱状阵列结构的石英片置于表面含有二氧化硅纳米粒子的悬浮液的石英片表面，使表面具有规整排列的纺锤柱状阵列结构的石英片与表面含有二氧化硅纳米粒子的悬浮液的石英片紧密贴紧；将紧密贴紧的表面具有规整排列的纺锤柱状阵列结构的石英片和具有平整表面的石英片翻转，使具有平整表面的石英片置于表面具有规整排列的纺锤柱状阵列结构的石英片的上面；待悬浮液中的水挥发后，二氧化硅纳米粒子在所述的纺锤柱状阵列之间进行组装，将表面具有规整排列的纺锤柱状阵列结构的石英片和具有平整表面的石英片进行分离，即在具有平整表面的石英片表面得到二氧化硅纳米粒子有序阵列。实施例10选取娃片，米用常规掩膜光学刻蚀的方法，在娃片的表面刻蚀出规整排列的10X6的圆柱状阵列，其中圆柱状阵列中的圆柱之间的水平间距为5 μ m,竖直间距为20 μ m,高度为25 μπι。将具有平整表面的硅片用乙醇超声清洗10分钟后用氮气吹干；将由粒径约为300nm的PS微球、十二烷基苯磺酸钠与乙醇配制得到的PS微球的质量含量为1%、十二烷基苯磺酸钠的质量含量为0.06%、余量为乙醇的含有PS微球的悬浮液，用滴管滴至上述清洗干净的娃片表面； 然后将上述表面具有规整排列的圆柱状阵列结构的娃片置于表面含有PS微球的悬浮液的娃片表面,使表面具有规整排列的圆柱状阵列结构的娃片与表面含有PS微球的悬浮液的硅片紧密贴紧；将紧密贴紧的表面具有规整排列的圆柱状阵列结构的硅片和具有平整表面的硅片翻转，使具有平整表面的硅片置于表面具有规整排列的圆柱状阵列结构的硅片的上面；待悬浮液中的乙醇挥发后，PS微球在所述的圆柱状阵列之间进行组装，将表面具有规整排列的圆柱状阵列结构的硅片和具有平整表面的硅片进行分离，即在具有平整表面的硅片表面得到PS微球有序阵列。实施例11选取玻璃片，采用常规掩膜光学刻蚀的方法，在玻璃片的表面刻蚀出规整排列的8X6的正方体柱状阵列，其中正方体柱状阵列中的正方体柱之间的水平间距为Ιμπι，竖直间距为4 μ m，高度为5 μπι。将具有平整表面的玻璃片用乙醇超声清洗10分钟后用氮气吹干；将由粒径约为IOnm的以PS微球为核、核外包覆银壳的核壳结构的纳米粒子、硬脂酸与乙二醇配制得到的以PS微球为核、核外包覆银壳的核壳结构的纳米粒子的质量含量为6%、硬脂酸的质量含量为0.08%、余量为乙二醇的含有以PS微球为核、核外包覆银壳的核壳结构的纳米粒子的悬浮液，用滴管滴至上述清洗干净的玻璃片表面；然后将上述表面具有规整排列的正方体柱状阵列结构的玻璃片置于表面含有以PS微球为核、核外包覆银壳的核壳结构的纳米粒子的悬浮液的玻璃片表面，使表面具有规整排列的正方体柱状阵列结构的玻璃片与表面含有以PS微球为核、核外包覆银壳的核壳结构的纳米粒子的悬浮液的玻璃片紧密贴紧；将紧密贴紧的表面具有规整排列的正方体柱状阵列结构的玻璃片和具有平整表面的玻璃片翻转，使具有平整表面的玻璃片置于表面具有规整排列的正方体柱状阵列结构的玻璃片的上面。待悬浮液中的乙二醇挥发后，以PS微球为核、核外包覆银壳的核壳结构的纳米粒子在所述的正方体柱状阵列之间进行组装，将表面具有规整排列的正方体柱状阵列结构的玻璃片和具有平整表面的玻璃片进行分离，即在具有平整表面的玻璃片表面得到以PS微球为核、核外包覆银壳的核壳结构的纳米粒子有序阵列。实施例12选取石英片，采用常规掩膜光学刻蚀的方法，在石英片的表面刻蚀出规整排列的12X8的正三棱柱状阵列，其中正三棱柱状阵列中的正三棱柱之间的水平间距为5μπι，竖直间距为15 μ m,高度为20 μ m。将具有平整表面的PET薄膜用乙醇超声清洗10分钟后用氮气吹干；将由粒径约为IOnm的CdTe量子点、脂肪酸甘油酯与异丙醇配制得到的CdTe量子点的质量含量为1%、脂肪酸甘油酯的质量含量为0.08%、余量为异丙醇的含有CdTe量子点的悬浮液，用滴管滴至上述清洗干净的PET薄膜表面；然后将上述表面具有规整排列的正三棱柱状阵列结构的石英片置于表面含有CdTe量子点的悬浮液的PET薄膜表面，使表面具有规整排列的正三棱柱状阵列结构的石英片与表面含有CdTe量子点的悬浮液的PET薄膜紧密贴紧；将紧密贴紧的表面具有规整排列的正三棱柱状阵列结构的石英片和具有平整表面的PET薄膜翻转，使具有平整表面的PET薄膜置于表面具有规整排列的正三棱柱状阵列结构的石英片的上面；待悬浮液中的异丙醇挥发后，CdTe量子点在所述的正三棱柱状阵列之间进行组装，将表面具有规整排列的正三棱柱状阵列结构的石英片和具有平整表面的PET薄膜进行分离，即在具有平整表面的PET薄膜表面得到CdTe量子点有序阵列。实施例13选取娃片，米用常规掩膜光学刻蚀的方法，在娃片的表面刻蚀出规整排列的8X8的纺锤柱状阵列，其中纺锤柱状阵列中的纺锤柱之间的水平间距为10 μ m,竖直间距为20 μ m,高度为20 μ m。将具有平整表面的PS薄膜用乙醇超声清洗10分钟后用氮气吹干；将由粒径约为18nm的金纳米粒子(电镜照片如图5所示)、十二烷基硫酸钠与水配制得到的金纳米粒子的质量含量为0.5%、十二烷基硫酸钠的质量含量为0.06%、余量为水的含有金纳米粒子的悬浮液，用滴管滴至上述清洗干净的PS薄膜表面；然后将上述表面具有规整排列的纺锤柱状阵列结构的硅片置于表面含有金纳米粒子的悬浮液的PS薄膜表面，使表面具有规整排列的纺锤柱状阵列结构的硅片与表面含有金纳米粒子的悬浮液的PS薄膜以非紧密接触的方式贴紧；将非紧密贴紧的表面具有规整排列的纺锤柱状阵列结构的硅片和具有平整表面的PS薄膜翻转，使具有平整表面的PS薄膜置于表面具有规整排列的纺锤柱状阵列结构的硅片的上面；待悬浮液中的水挥发后，金纳米粒子在所述的纺锤柱状阵列之间进行组装，将表面具有规整排列的纺锤柱状阵列结构的硅片和具有平整表面的PS薄膜进行分离，由于上述表面具有规整排列的纺锤柱状阵列结构的硅片与表面含有金纳米粒子的悬浮液的PS薄膜是以非紧密贴紧的方式贴紧，在具有平整表面的PS薄膜表面得到金纳米粒子有序组装的纳米线阵列。·
权利要求
1.一种纳米粒子精确有序组装的方法，其特征是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；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。
2.根据权利要求I所述的方法，其特征是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，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。
3.根据权利要求I或2所述的方法，其特征是所述的上下基底贴紧的方式为紧密贴紧或非紧密贴紧。
4.根据权利要求I或2所述的方法，其特征是所述的表面具有规整排列的柱状阵列结构的板材的材料为硅片、玻璃片或石英片。
5.根据权利要求I或2所述的方法，其特征是所述的柱状阵列结构为纺锤柱阵列结构、圆柱阵列结构或多面体柱阵列结构。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征是所述的柱状阵列结构中的柱的高度为500nm 100 μ m。
7.根据权利要求I或2所述的方法，其特征是所述的具有平整表面的板材的材料选自硅片、玻璃片、石英片、PET薄膜、PS薄膜、PU薄膜、铝片、氧化铝片中的一种。
8.根据权利要求I或2所述的方法，其特征是所述的含有纳米粒子的悬浮液是由纳米粒子、溶剂和表面活性剂组成。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征是所述的含有纳米粒子的悬浮液中的纳米粒子的质量含量为O. 01% 50%，表面活性剂的质量含量为O. 005% 1%，余量为溶剂。
10.根据权利要求1、2或9所述的方法，其特征是所述的纳米粒子的粒径范围为2nm 900nm ； 所述的纳米粒子选自钼、金、银、铜、氧化锌、氧化铁、四氧化三铁、二氧化钛、二氧化硅、PS微球、CdTe量子点的颗粒中的一种或几种；或者选自以PS微球为核，核外包覆钼壳、金壳、银壳或铜壳的核壳结构的颗粒中的一种或几种。
11.根据权利要求9所述的方法，其特征是所述的表面活性剂选自十二烷基苯磺酸纳、十二烷基硫酸钠、硬脂酸、脂肪酸甘油酯中的一种。
12.根据权利要求9所述的方法，其特征是所述的溶剂选自水、乙醇、乙二醇、异丙醇中的一种或几种。
全文摘要
本发明涉及纳米粒子精确有序组装的方法。本发明首先利用光学刻蚀的方法对硬质的板材进行表面刻蚀，在硬质的板材表面得到具有规整排列的柱状阵列结构；然后分别将表面具有规整排列的柱状阵列结构的板材和平整表面的板材作为下基底和上基底，并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，将上下基底进行分离，在具有平整表面的板材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。
文档编号B82B3/00GK103253629SQ201310175620
公开日2013年8月21日 申请日期2013年5月13日 优先权日2013年5月13日
发明者张聪, 苏彬, 张兴业, 宋延林, 江雷 申请人:中国科学院化学研究所