聚合物纳米环的制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及制备纳米环的方法，尤其涉及一种聚合物纳米环的制备方法。
【背景技术】
[0002]基于纳米环的尺寸效应，它可以用于超级生物传感器、超导和高密度数据存储等领域。但是目前制备纳米环的方法主要是光刻法、分子束外延法和液相法等，这些方法成本高、操作复杂。
[0003]近来，越来越多的学者使用二维胶体晶体来制备各种微纳结构。胶体微球低廉的制备成本、快速的自组装及其丰富的排列方式和可控的尺寸使胶体晶体模板法具有简单、廉价、灵活性且可重复性好等优点。目前，已有研宄者基于二维胶体晶体制备了纳米环，例如，依靠毛细管力使纳米材料在胶体微球和基板的界面处进行自组装；用聚合物将氧化硅胶体微球包裹后，利用化学腐蚀法制备纳米环。但是，这些方法仍需要使用昂贵的材料、有毒的试剂，且可控性较差。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于克服上述现有技术存在的不足，提供一种基于二维胶体晶体的简单廉价的聚合物纳米环的制备方法。
[0005]本发明的目的是通过以下技术方案来实现的:
[0006]本发明涉及一种聚合物纳米环的制备方法，所述制备方法包括:将二维聚合物胶体晶体负载到基板上，置于反应离子刻蚀腔室内进行刻蚀，除去基板表面负载的二维聚合物胶体晶体，即得所述聚合物纳米环。在反应离子刻蚀过程中，刻蚀碎片随着等离子体一起运动到胶体晶体和基板的界面处进行聚合，超声除去二维聚合物胶体晶体后就得到了由刻蚀碎片聚合而成的纳米环。
[0007]优选的，所述的二维聚合物胶体晶体的组成为聚苯乙烯。
[0008]优选的，所述二维聚合物胶体晶体的制备包括:控制流速为10?40ml.h—1，将聚合物微球水分散液加入水中，在水表面形成二维聚合物胶体晶体。当流速低于1ml h—1，对于胶体晶体在水面进行自组装的驱动力不够，很难形成大面积规整的胶体晶体；当流速高于40ml h'流速过快会导致流速高于胶体晶体在水面上扩散的速度，从而使大量的胶体微球扩散到溶液中，不仅不利于界面自组装而且会形成不理想的多层结构。
[0009]优选的，所述聚合物微球水分散液中，聚合物微球的质量百分比含量为10?30wt % ο
[0010]优选的，所述聚合物微球的制备包括:取聚合物的甲醇溶液，在3000?7000r/min的离心速率下离心3?lOmin，取沉淀物加入去离子水超声分散；重复上述步骤2?5次；洗涤，得聚合物微球。
[0011]优选的，所述聚合物微球水分散液的加入具体包括:用注射器吸取聚合物微球水分散液，并将注射器连接到微量注射泵上；将针尖的一半插入去离子水中并将其固定，开动微量注射泵，流速控制在10?20ml.1T1;当水表面被聚合物胶体晶体覆盖且不再发生扰动时，即可。更优选流速控制在10?17ml.tr1。
[0012]优选的，所述刻蚀的气氛为CF4,气流流速为20?lOOsccm，功率为10?80W，刻蚀时间为3?lOmin。上述参数的设定是综合考虑胶体晶体的刻蚀速率以及纳米环的形成速率，当气流流速、功率过小会导致纳米环形成速率小，需要较长的加工时间；当气流流速、功率过大会导致胶体晶体刻蚀速率过大，在短时间内就分解完毕，不利于纳米环的形成。更优选气流流速为30?80sccm，刻蚀时间为3?5min。
[0013]优选的，所述刻蚀是在真空度在1Pa以下进行的。
[0014]优选的，所述除去二维聚合物胶体晶体具体包括:对刻蚀后的负载有二维聚合物胶体晶体的基板进行超声洗涤。
[0015]优选的，所述基板选自表面抛光后的硅片、铁片、钴片或铜片。
[0016]与现有技术相比，本发明具有如下有益效果:
[0017](I)所制备的纳米环排列整齐均一；
[0018](2)所述的方法操作简单且不需要昂贵的仪器设备；
[0019](3)整个操作过程无需用到有机试剂，环保；
[0020](4)所制备的纳米环耐酸耐碱耐有机溶剂；
[0021](5)能够大面积(大于8cmX8cm)地制备纳米环阵列。
【附图说明】
[0022]通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显:
[0023]图1为实施例1所制备的纳米环的扫描电子显微镜图。
【具体实施方式】
[0024]下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。
[0025]实施例1
[0026]本实施例涉及一种制备纳米环的简单廉价的方法，该方法包括以下工艺步骤:
[0027](I)取少量聚苯乙稀甲醇溶液；在5000r/min的离心速率下离心5min ;取沉淀物加入去离子水超声分散；重复上述步骤5次；将洗涤后的PS微球配成质量分数为20被％的水分散液，并在超声作用下使其分散均匀；
[0028](2)用注射器吸取适量的PS微球分散液，并将注射器连接到微量注射泵上；将针尖的一半插入50mL去离子水(直径12cm的杯子)中并将其固定，开动微量注射泵，流速控制在15ml.1T1;当水表面全部被PS胶体晶体覆盖且不再发生扰动时，将胶体晶体负载在硅片上；
[0029](3)将负载有二维PS胶体晶体的硅片放在反应离子刻蚀机的腔室中；对腔室进行抽气，直到真空度在1Pa以下；预设好刻蚀功率为20W、刻蚀时间5min、气流流速为50sccm，开始刻蚀；
[0030](4)将刻蚀后的样品放入水中超声洗涤5min，除去表面负载的聚苯乙烯微球，得到规整排列的纳米环。
[0031]图1为本实施例制得的纳米环的扫描电子显微镜图，由图1可知，在基板上形成了六方排列的纳米环，这些纳米环具有均一的尺寸，外径大于为lOOOnm，内径大