基于分裂环图案化晶膜阵列的制备方法及溶液定向传输方法

本发明涉及晶膜制备技术，尤其涉及一种基于分裂环图案化晶膜阵列的制备方法和一种基于分裂环图案的溶液定向传输方法。

背景技术：

1、晶膜阵列(例如钙钛矿晶膜阵列)的制备方法主要包括：基于溶液法的制备，例如喷墨印刷方法、丝网印刷方法、物理模板或毛细管力限制的方法；基于高温法的制备，例如掩膜版式或其他物理模板限制的气相沉积方法等等。

2、这些制备方法能够加工特定结构尺寸和周期分布的单晶或多晶薄膜阵列。但是，现有的晶膜阵列制备方法往往依赖于光刻工艺、热蒸发工艺等，其加工工序复杂、制备周期长、成形效率较低、需要定制掩膜板，或者沉积面积较大、成膜致密性差、制备的晶膜或其他溶液法制备的材料在柔性衬底上难以定位沉积的问题等。因此现有的晶膜制备方法在精度、生产成本以及成膜质量等方面均存在缺陷，限制了进一步的商业应用和发展。

技术实现思路

1、本发明实施方式提供一种基于分裂环图案化晶膜阵列的制备方法及一种基于分裂环图案的溶液定向传输方法，以至少解决相关技术中存在的问题之一。为实现该目的，本发明通过以下技术方案实现。

2、本发明实施方式一方面提供一种基于分裂环图案化晶膜阵列的制备方法：包括：

3、步骤1：提供衬底；

4、步骤2：在所述衬底上通过蒸镀或涂布方式形成疏液层；

5、步骤3：使用脉冲激光刻蚀所述疏液层，在所述疏液层上形成分裂环阵列结构的亲液图案；

6、步骤4：将配置好的可通过溶液法生长晶体的溶液涂布在所述疏液层上，所述溶液在钉扎力和表面张力的竞争作用下向所述亲液图案扩散，经过两次去润湿过程，实现各个分裂环单元上的液滴向所述分裂环内部的定向传输，最终在各个所述分裂环单元内形成分裂环状微液滴；

7、步骤5：对载有微液滴阵列的所述衬底进行加热，使得所述微液滴阵列蒸发、结晶、沉积，直至形成致密的基于分裂环图案化晶膜阵列。

8、进一步的，步骤2之前还包括：在所述衬底表面形成亲液基团。

9、进一步的，所述衬底包括：玻璃、硅片、金属、柔性聚合物以及表面镀膜的玻璃、硅片、金属或柔性聚合物。

10、进一步的，步骤4中采用涂布装置进行涂布，所述涂布装置包括刷片和步进电机，步骤4包括：步骤401：将所述刷片置于所述衬底上，所述衬底和所述刷片之间具有1-40μm的间隙；步骤402：使用配置好的可通过溶液法生长晶体的溶液填充所述间隙；步骤403：所述刷片在所述步进电机的驱动下以1-500mm/min的速度进行涂布，以最终在各个所述分裂环单元内形成分裂环状微液滴。

11、进一步的，所述分裂环的结构包括：圆形环、三角形环、四边形环等环形图形，尺寸在5μm-500μm之间，环宽为1-50μm，且所述环形图形存在缺口，所述缺口的尺寸最小为1μm，最大为多边形环的边长或圆形环的直径。

12、进一步的，步骤4中的第一次去润湿过程包括：在所述分裂环单元的沿缺口方向的由运动的所述刷片提供的水平外力的作用下，前进的溶液不断发生润湿和去润湿，直至后退的三相接触线接触所述分裂环单元的图案边界并被所述亲液图案钉扎形成液桥；所述液桥在所述水平外力的持续拉动下逐渐变细直至破裂，即在各个所述分裂环单元内形成分裂环状微液滴，从而产生不连续的第一次去润湿过程。

13、进一步的，步骤4中的第二次去润湿过程包括：在所述钉扎力和表面张力的竞争作用下，在各个所述分裂环单元内的微液滴的液膜处于不稳定的亚稳态，导致所述液膜的三相接触线不断向靠近所述亲液图案处，最终在各个所述分裂环单元内形成分裂环状微液滴，即为第二次去润湿过程。

14、进一步的，步骤5中的蒸发温度为40-100℃，其中所述微液滴阵列蒸发、自组装、结晶、沉积的过程包括：蒸发初期，各个所述分裂环单元内的分裂环状钙钛矿前驱体液滴的三相接触线逐渐回缩至所述亲液图案区域；当所述钙钛矿前驱体溶液的浓度到达成核临界浓度，逐渐沉淀出钙钛矿晶核和钙钛矿纳米颗粒；随着蒸发持续进行，所述液膜的气液界面的收缩率超过所述钙钛矿纳米颗粒的平均扩散速率，沉淀的钙钛矿纳米颗粒被下降的气液界面捕获形成具有均匀晶粒分布的半固体层；当所述钙钛矿前驱体溶液的溶剂完全蒸发后，形成致密的基于分裂环图案化晶膜阵列。

15、进一步的，所述可通过溶液法生长晶体的溶液包括钙钛矿前驱体溶液，所述晶膜阵列包括钙钛矿晶膜阵列。

16、本发明实施方式另一方面提供一种基于分裂环图案的溶液定向传输方法，包括：

17、步骤1：提供衬底；

18、步骤2：在所述衬底上通过蒸镀或涂布方式形成疏液层；

19、步骤3：使用脉冲激光刻蚀所述疏液层，在所述疏液层上形成分裂环阵列结构的亲液图案；

20、步骤4：将配置好的可通过溶液法生长晶体的溶液或可析出晶体的溶液或具有分散微粒的悬浮液涂布在所述疏液层上，所述溶液或悬浮液在钉扎力和表面张力的竞争作用下向所述亲液图案扩散，经过两次去润湿过程，实现各个分裂环单元上的液滴向所述分裂环内部的定向传输，最终在各个所述分裂环单元内形成分裂环状微液滴。

21、本发明实施方式相对于现有技术而言，具有以下优点：

22、(1)本发明实施方式利用低成本易加工的激光刻蚀法在衬底上制备出具有浸润性差异的分裂环结构的亲疏液图案阵列；进而通过基于涂布的高通量液滴阵列制备方法，借助液体的表面张力和钉扎力的竞争作用，使得溶液在具有分裂环图案的衬底表面自发实施两次去润湿过程，从而实现大体积的溶液定向传输至较小的亲液图案阵列上，以形成高精度的分裂环状微液滴阵列；再通过热蒸发的方式使液溶液产生表面捕获效应主导的沉积，最终形成致密性较高的分裂环图案化晶膜阵列。

23、(2)通过调节分裂环图案的形状、尺寸、缺口大小等工艺条件，可有效控制微液滴的去润湿过程和蒸发过程，进而可方便有效的控制晶膜的图案形状和膜致密度。

24、(3)本发明实施方式提供的制备方法在保证晶膜致密度的前提下，可进一步在柔性聚合物衬底上制备出晶膜阵列，为晶膜(例如钙钛矿晶膜)在光电器件等应用领域提供了应用前景。

25、(4)本发明实施方式通过溶液法高通量低消耗地合成出具有高致密度的分裂环型晶膜阵列，与传统光刻等图案化方法相比，工艺简单，成本低廉，并且成膜质量高，提升了晶膜的应用前景。

26、(5)本发明实施方式提供的基于分裂环图案的溶液定向传输方法，利用分裂环图案增强去润湿过程，从而辅助微液滴在特定结构上的定向传输。利用该方法可以实现任何可溶液法生长晶体的溶液或可析出晶体的溶液或具有分散颗粒的悬浮液的定向传输。

技术特征：

1.一种基于分裂环图案化晶膜阵列的制备方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的基于分裂环图案化晶膜阵列的制备方法，其特征在于，步骤2之前还包括：在所述衬底表面形成亲液基团。

3.根据权利要求1所述的基于分裂环图案化晶膜阵列的制备方法，其特征在于，所述衬底包括：玻璃、硅片、金属、柔性聚合物以及表面镀膜的玻璃、硅片、金属或柔性聚合物。

4.根据权利要求1所述的基于分裂环图案化晶膜阵列的制备方法，其特征在于，步骤4中采用涂布装置进行涂布，所述涂布装置包括刷片和步进电机，步骤4包括：

5.根据权利要求1所述的基于分裂环图案化晶膜阵列的制备方法，其特征在于，所述分裂环的结构包括：圆形环、三角形环、四边形环等环形图形，尺寸在5μm-500μm之间，环宽为1-50μm，且所述环形图形存在缺口，所述缺口的尺寸最小为1μm，最大为多边形环的边长或圆形环的直径。

6.根据权利要求4所述的基于分裂环图案化晶膜阵列的制备方法，其特征在于，步骤4中的第一次去润湿过程包括：

7.根据权利要求6所述的基于分裂环图案化晶膜阵列的制备方法，其特征在于，步骤4中的第二次去润湿过程包括：

8.根据权利要求7所述的基于分裂环图案化晶膜阵列的制备方法，其特征在于，步骤5中的蒸发温度为40-100℃，其中所述微液滴阵列蒸发、结晶、沉积的过程包括：

9.根据权利要求1-8任一项所述的基于分裂环图案化晶膜阵列的制备方法，其特征在于，所述可通过溶液法生长晶体的溶液包括钙钛矿前驱体溶液，所述晶膜阵列包括钙钛矿晶膜阵列。

10.一种基于分裂环图案的溶液定向传输方法，其特征在于，包括：

技术总结
本发明提供一种基于分裂环图案化晶膜阵列的制备方法及一种基于分裂环图案的溶液定向传输方法。制备方法包括：步骤1：提供衬底；步骤2：在衬底上通过蒸镀形成疏液层；步骤3：使用脉冲激光刻蚀疏液层，在疏液层上形成分裂环阵列结构的亲液图案；步骤4：将配置好的可通过溶液法生长晶体的溶液涂布在疏液层上，经过两次去润湿过程，实现各个分裂环单元上的液滴向分裂环内部的定向传输，最终在各个分裂环单元内形成分裂环状微液滴；步骤5：对衬底进行加热，形成致密的基于分裂环图案化晶膜阵列。本发明通过溶液法高通量低消耗地合成出具有高致密度的分裂环型薄膜阵列，工艺简单，成本低廉，并且成膜质量高。

技术研发人员：巫金波,石博日,王萍阳,薛厂,张萌颖,温维佳
受保护的技术使用者：上海大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13