构筑二维金纳米粒子图案的方法与流程

本发明涉及一种高分子材料领域，特别是涉及一种构筑二维金纳米粒子图案的方法。

背景技术：

如今，越来越多的结晶高分子薄膜被应用到光电通讯等各种产业中。在高分子薄膜体系中，由于空间受限及界面效应的影响，导致薄膜结晶形态结构与本体有着很大的差异。通过研究结晶高分子薄膜的结晶行为，可以实现对高分子薄膜结晶形态结构的有效调控。

聚氧化乙烯-b-聚2-乙烯基吡啶，是由可结晶peo段和非晶p2vp段通过化学键结合形成的具有较强结晶能力两嵌段共聚物，英文名poly(ethyleneoxide)-block-poly(2-vinylpyridine)，缩写为peo-b-p2vp。其不仅具有一定的结晶能力，而且非晶p2vp段能与能够与au、ag、pt、ni、cu等众多金属离子发生络合反应生成化学性质稳定的金属络合物，因此peo-b-p2vp多被应用于零维、一维金属纳米导电材料的制备，而其在二维金属纳米导电结构方面的研究尚不多见。因此，开发一种制备二维金属纳米导电结构的方法具有重要的理论意义及应用价值。

自成核法（self-nucleation）制备晶体是一种利用高分子的记忆效应，在高分子片晶经过部分熔融后会留下一些小晶粒，降温时，这些小晶粒将会充当晶核，使结晶得以进行。在peo-b-p2vp薄膜中，通过自成核法能够制备出具有一定形状、尺寸和分布的二维结晶模板，这与在溶液中形成的零维、以及在薄膜中通过相分离形成的一维结构有着较大的区别。虽然自成核法是一种简单易行的方法，但大多数文献集中于高分子材料的自成核行为的研究，通过高分子自成核的方法构筑二维金纳米粒子图案还未见报道。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种操作简单易行，以具有优良结晶性能的聚氧化乙烯-b-聚2-乙烯基吡啶（peo-b-p2vp）嵌段共聚物为手段，通过薄膜自成核的方法制备出了具有多样化的结晶模板，随后将结晶模板浸没于于一定浓度的氯金酸溶液中进行金离子的搭载，之后用等离子清洗机对样品进行清洗得到二维金纳米粒子图案的构筑二维金纳米粒子图案的方法。

本发明的技术方案是：一种构筑二维金纳米粒子图案的方法，以具有优良结晶性能的聚氧化乙烯-b-聚2-乙烯基吡啶（peo-b-p2vp）嵌段共聚物为手段，通过薄膜自成核的方法制备出具有多样化的结晶模板，随后将结晶模板浸没于一定浓度的氯金酸溶液中进行金离子的搭载，之后用等离子清洗机进行清洗得到二维金纳米粒子图案，其具体步骤是：步骤1）对硅片进行表面处理；

步骤2）称量一定质量的peo-b-p2vp原料，以甲苯为溶剂配制成一定浓度的溶液；

步骤3）将溶液置于热台上一定温度加热数小时直至溶质充分溶解；

步骤4）以处理过的硅片为基底，利用旋膜仪以旋涂法制备薄膜；

步骤5）将制备的peo薄膜置于linkam热台上，在氮气气氛的保护下采用自成核的方法得到peo-b-p2vp薄膜结晶模板；

步骤6）用冷的甲苯溶液采用旋涂法将薄膜样品中无序分子链及淬冷过程中形成的厚度较薄的片晶完全冲洗掉；

步骤7）将冲洗完全的样品浸没于一定浓度的氯金酸溶液中数个小时；

步骤8）用等离子清洗机对搭载后的样品进行清洗。

进一步的，所述步骤1）中，硅片表面处理为用紫外臭氧处理1h。

进一步的，所述步骤2）中，使用的peo-b-p2vp其数均分子量为4000-2000g/mol，溶液的质量分数为0.5%。

进一步的，所述步骤3）中，将配制好的溶液置于70°c热台中加热1小时以充分溶解溶质。

进一步的，所述步骤4）中，在旋涂仪中以4000rpm的速度旋转30s制备薄膜。

进一步的，所述步骤5）中，把样品以30°c/min的升温速率从室温升温到75°c，在75°c保温10min来消除热历史，再以20°c/min的速率降温至35°c等温结晶10min，而后以1°c/min～20°c/min的升温速率升至部分熔融温度47°c～48°c，保温10min后降至43°c生长4min。

进一步的，所述步骤6）中，将制备好的具有结晶模板的薄膜样品用8°c的冷甲苯溶剂采用spin-coating的方法将薄膜中无序分子链及淬冷过程中形成的厚度较薄的片晶完全冲洗掉。

进一步的，所述步骤7）中，将冲洗完全的样品浸没于1.0%的氯金酸/正辛醇溶液中避光保存16h以确保金离子的充分搭载。

进一步的，所述步骤8）中，将搭载完成的样品用等离子清洗机进行清洗，其中，气体为空气、流量为20sccm、功率为100w、时间为20min。

本发明的有益效果是：本发明提供了一种简单易行的构筑二维金纳米粒子图案的方法，不仅对二维金属纳米导电结构的制备与研究具有指导意义，而且为高分子薄膜在纳米材料等领域中的应用提供新思路。

附图说明：

图1为改变反应条件的第一种二维金纳米粒子图案的表征图。

图2为改变反应条件的第二种二维金纳米粒子图案的表征图。

图3为改变反应条件的第三种二维金纳米粒子图案的表征图。

具体实施方式：

实施例：参见图1、图2和图3。

构筑二维金纳米粒子图案的方法，以具有优良结晶性能的聚氧化乙烯-b-聚2-乙烯基吡啶（peo-b-p2vp）嵌段共聚物为手段，通过薄膜自成核的方法制备出具有多样化的结晶模板，随后将结晶模板浸没于于一定浓度的氯金酸溶液中进行金离子的搭载，之后用等离子清洗机进行清洗得到二维金纳米粒子图案。

下面根据具体实施例对本申请具体操作步骤进行详细说明。

实施例一：参见图1

步骤1）对硅片表面用紫外臭氧处理1h（硅片是购于浙江立晶光电科技有限公司的p100型硅片）。

步骤2）称量一定质量的peo-b-p2vp原料，以甲苯为溶剂配制成一定浓度的溶液；使用的peo-b-p2vp其数均分子量为（4000-2000）g/mol（购自加拿大polymersource公司），溶液的质量分数为0.5%；

步骤3）将溶液置于70°c热台上加热1h直至溶质充分溶解；

步骤4）以处理过的硅片为基底，在旋涂仪中以4000rpm的速度旋转30s制备薄膜（旋涂仪为中国科学院微电子研究所生产的kw-4a型）；

步骤5）将制备的peo薄膜置于linkam热台上，在氮气气氛的保护下把样品以30°c/min的升温速率从室温升温到75°c（高于其名义熔点），在75°c保温10min来消除热历史，再以20°c/min的速率降温至35°c等温结晶10min，而后以一定的升温速率（1°c/min）升至部分熔融温度（47°c）保温10min后降至43°c生长4min；得到peo-b-p2vp薄膜结晶模板；

步骤6）将制备好的具有结晶模板的薄膜样品用8°c的冷甲苯溶液采用旋涂法将薄膜样品中无序分子链及淬冷过程中形成的厚度较薄的片晶完全冲洗掉；

步骤7）将冲洗完全的样品浸没于1.0%的氯金酸/正辛醇溶液中避光保存16h以确保金离子的充分搭载；

步骤8）将搭载完成的样品用等离子清洗机进行清洗（气体为空气，流量为20sccm，功率为100w，时间为20min），使用的等离子清洗机为郑州科探仪器设备有限公司生产的小型等离子清洗机。

实施例二：

实施例二是在实施例1的基础上进行，其与实施例一的操作步骤基本相同，其不同之处仅在于部分热处理条件的变化，其不同之处为：将制备的peo薄膜置于linkam热台上，在氮气气氛的保护下把样品以30°c/min的升温速率从室温升温到75°c（高于其名义熔点），在75°c保温10min来消除热历史，再以20°c/min的速率降温至35°c等温结晶10min，而后以一定的升温速率（1°c/min）升至部分熔融温度（48°c）保温10min后降至43°c生长4min；得到peo-b-p2vp薄膜结晶模板。

实施例三：

实施例三是在实施例1的基础上进行，其与实施例一的操作步骤基本相同，其不同之处仅在于部分热处理条件的变化，其不同之处为：将制备的peo薄膜置于linkam热台上，在氮气气氛的保护下把样品以30°c/min的升温速率从室温升温到75°c（高于其名义熔点），在75°c保温10min来消除热历史，再以20°c/min的速率降温至35°c等温结晶10min，而后以一定的升温速率（5°c/min）升至部分熔融温度（47°c）保温10min后降至43°c生长4min；得到peo-b-p2vp薄膜结晶模板。

其余步骤与实施例一相同，在此不做赘述。

实施例四：参见图2

实施例四是在实施例1的基础上进行，其与实施例一的操作步骤基本相同，其不同之处仅在于部分热处理条件的变化，其不同之处为：将制备的peo薄膜置于linkam热台上，在氮气气氛的保护下把样品以30°c/min的升温速率从室温升温到75°c（高于其名义熔点），在75°c保温10min来消除热历史，再以20°c/min的速率降温至35°c等温结晶10min，而后以一定的升温速率（5°c/min）升至部分熔融温度（47.5°c）保温10min后降至43°c生长4min；得到peo-b-p2vp薄膜结晶模板。

其余步骤与实施例一相同，在此不做赘述。

实施例五：

实施例五是在实施例1的基础上进行，其与实施例一的操作步骤基本相同，其不同之处仅在于部分热处理条件的变化，其不同之处为：将制备的peo薄膜置于linkam热台上，在氮气气氛的保护下把样品以30°c/min的升温速率从室温升温到75°c（高于其名义熔点），在75°c保温10min来消除热历史，再以20°c/min的速率降温至35°c等温结晶10min，而后以一定的升温速率（5°c/min）升至部分熔融温度（48°c）保温10min后降至43°c生长4min；得到peo-b-p2vp薄膜结晶模板。

其余步骤与实施例一相同，在此不做赘述。

实施例六：

实施例六是在实施例1的基础上进行，其与实施例一的操作步骤基本相同，其不同之处仅在于部分热处理条件的变化，其不同之处为：将制备的peo薄膜置于linkam热台上，在氮气气氛的保护下把样品以30°c/min的升温速率从室温升温到75°c（高于其名义熔点），在75°c保温10min来消除热历史，再以20°c/min的速率降温至35°c等温结晶10min，而后以一定的升温速率（20°c/min）升至部分熔融温度（47°c）保温10min后降至43°c生长4min；得到peo-b-p2vp薄膜结晶模板。

其余步骤与实施例一相同，在此不做赘述。

实施例七：参见图3

实施例七是在实施例1的基础上进行，其与实施例一的操作步骤基本相同，其不同之处仅在于部分热处理条件的变化，其不同之处为：将制备的peo薄膜置于linkam热台上，在氮气气氛的保护下把样品以30°c/min的升温速率从室温升温到75°c（高于其名义熔点），在75°c保温10min来消除热历史，再以20°c/min的速率降温至35°c等温结晶10min，而后以一定的升温速率（20°c/min）升至部分熔融温度（48°c）保温10min后降至43°c生长4min；得到peo-b-p2vp薄膜结晶模板。

其余步骤与实施例一相同，在此不做赘述。

上述实施例中，二维金纳米图案的表征通过原子力显微镜实现。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。