二維膠體晶體的制備裝置的制造方法
【專利摘要】本發明屬于一種二維膠體晶體的制備裝置：包括水槽、鐵架臺、移液槍、接液片和親水玻璃片，水槽的底部為一傾斜面，親水玻璃片位于水槽底部，移液槍固定在鐵架臺上；所述接液片包括水平部和傾斜部，水平部和傾斜部的夾角為鈍角，水平部位于親水玻璃片的上表面上且與親水玻璃片的上表面平行，移液槍的槍頭位于傾斜部的下方且傾斜部的上端與移液槍固定在一起。所述接液片由親水玻璃制成。本發明的裝置結構簡單、操作方便、效率高，有利于實現有序膠體球模板的快速高效制備。
【專利說明】
二維膠體晶體的制備裝置
技術領域
[0001] 本發明涉及膠體晶體制備領域，具體涉及一種二維膠體晶體的制備裝置。
【背景技術】
[0002] 納米結構獨特的光學、電學等方面的優良特性引起了人們的廣泛關注，并發明了 許多制備納米結構的方法，如EBL、納米壓印和干涉光刻技術等。但這些方法大都較為復雜， 效率不尚，而納米球刻蝕技術因其能夠快速尚效制備納米結構而備受關注，它是一種并tx 的制備納米點陣的自組裝方法，其核心是二維有序納米膠體球陣列掩膜的制備。目前能夠 實現高效制備二維有序納米膠體球陣列的方法是利用膠體球在氣液界面的自組裝來完成。
[0003] 為了實現膠體球在氣液界面的自組裝得到二維有序結構，必須還要借助一些恰當 的設備。比如，先用旋涂法在基片上獲得均勻分布，再把基片緩慢插入水中，從而獲得二維 有序結構;利用微量進樣器，在水面上直接成膜;利用液體與固體之間的彎月界面等。這些 方法要么效率不高，要么儀器過于精密，操作過于復雜，而且不能用于制備具有兩種粒徑微 球的膠體晶體。氣液界面是實現自組裝的理想場所，要更好地實現有序二維膠體結構的高 效制備和獲得結構更為復雜的納米結構，就需要設計一種更有利于實現膠體球在氣液界面 自組裝并能用于制備雙元膠體晶體的裝置。
【發明內容】
[0004] 本發明為克服現有制備納米球刻蝕技術中模板制備過程較為復雜、效率不高、二 元復合膠體結構制備困難的缺陷，而提供一種二維膠體晶體的制備裝置。
[0005] 為實現上述目的，本發明采用的技術方案是，一種二維膠體晶體的制備裝置:包括 水槽、鐵架臺、移液槍、接液片和親水玻璃片，水槽的底部為一傾斜面，親水玻璃片位于水槽 底部，移液槍固定在鐵架臺上;所述接液片包括水平部和傾斜部，水平部和傾斜部的夾角為 鈍角，水平部位于親水玻璃片的上表面上且與親水玻璃片的上表面平行，移液槍的槍頭位 于傾斜部的下方且傾斜部的上端與移液槍固定在一起。所述接液片由親水玻璃制成。
[0006] 所述水槽內表面涂有聚四氟乙烯。
[0007] 本發明所依據的一種氣液自組裝的基本原理。自組裝是一種自下而上制備納米結 構的方法，要得到二維有序膠體球陣列，那么膠體球首先要充分的分散到一個平面上，接近 一種單層分布，但微球之間的間距不能過大，然后把分散好的微球層慢慢轉移到水面上。膠 體穩定態被毛細力打破，使得凝結核得以形成，從而使膠體晶體單層膜開始生成。隨著溶液 的不斷加入水面毛細力逐漸減弱，毛細力逐漸增大，更有利于單層膜的生成，這是本發明的 理論基礎。之所以不直接在水面上直接分散微球，是因為水面流動性過大，微球溶液一接觸 水面就立即散開，造成微球間距過大，不能直接成膜。微球之間毛細力與表面張力的關系 為：
，其中Λ、形為微球半徑，Z為表面張力，而為修正貝塞爾函數， 為毛細力長度，Z為微球間距。
[0008] 制備膠體膜時，把用乙醇分散后的微球溶液通過移液槍加入到接液片傾斜部的下 方，然后將親水玻璃片慢慢推入到水中（因為接液片與移液槍固定在一起，所以接液片與親 水玻璃片會發生相對運動，使微球溶液先在親水玻璃片的表面分散開），微球溶液接觸到水 面時，馬拉高尼效應會形成一個短程表面流，把微球分散到水面上。并且在乙醇分散劑的作 用下，水亞相的表面張力會隨著溶液的不斷加入而逐漸降低，而微球之間的毛細力與水面 張力成反比，因此微球之間的毛細力會隨著溶液的加入不斷升高，從而有利于微球的聚集。 在靜電斥力的作用下，微球之間的粘附幾率會相對較低，從而有利于微球調節相對位置，形 成二維結構。
[0009] 本發明產生的有益效果是:本發明的裝置結構簡單、操作方便、效率高，有利于實 現有序膠體球模板的快速高效制備。
【附圖說明】
[0010]圖1為本發明實施例1的結構示意圖； 圖2為實施例1中接液片的結構示意圖； 圖3為本發明中實施例1中采用粒徑為870nm的聚苯乙烯微球溶液制備的單元二維膠體 晶體的SEM圖； 圖4為本發明中實施例1中采用粒徑為1300nm的聚苯乙烯微球溶液制備的單元二維膠 體晶體的SEM圖。
[0011]下面結合具體實施例對本發明作進一步說明，但本發明的保護范圍不限于此。以 下所用粒徑為870nm、1300nm聚苯乙稀微球溶液購買自Thermo Scientific公司（Latex Microsphere Suspensions_5000Series)，規格分別如下：牌號5088A、粒徑870nm、固含量w/ v為5%、單分散指數< 3%、規格15ml、溶劑水;牌號5130A、粒徑1300nm、固含量w/v為5%、單分 散指數< 3%、規格15ml、溶劑水。
[0012] 實施例1 如圖1 一 2所述，一種二維膠體晶體的制備裝置:包括水槽1、鐵架臺4、移液槍5、接液片3 和親水玻璃片2,水槽1的底部為一傾斜面(右側高于左側），親水玻璃片2位于水槽1底部，移 液槍5固定在鐵架臺4上;所述接液片3包括水平部301和傾斜部302,水平部301和傾斜部302 的夾角為鈍角(傾斜部302位于水平部301右側），水平部301位于親水玻璃片2的上表面上且 與親水玻璃片2的上表面平行，移液槍5的槍頭位于傾斜部302的下方且傾斜部302的上端與 移液槍5固定在一起。所述接液片3由親水玻璃制成。所述水槽1內表面涂有聚四氟乙烯，水 槽1的左端連接有出水管6。
[0013]制備膠體膜時，把用乙醇分散后(將聚苯乙烯微球溶液與無水乙醇按體積1:1混合 后超聲分散）的聚苯乙烯微球溶液通過移液槍5加入到接液片傾斜部302的下方，然后將親 水玻璃片2慢慢推入到水中（圖1中向左運動，剛開始時親水玻璃片2在水槽右端不接觸水 面，因為接液片3與移液槍5固定在一起，所以接液片3與親水玻璃片2會發生相對運動，使聚 苯乙烯微球溶液先在親水玻璃片2的表面分散開），微球溶液接觸到水面時，馬拉高尼效應 會形成一個短程表面流，把微球分散到水面上。并且在乙醇分散劑的作用下，水亞相的表面 張力會隨著溶液的不斷加入而逐漸降低，而微球之間的毛細力與水面張力成反比，因此微 球之間的毛細力會隨著溶液的加入不斷升高，從而有利于微球的聚集。在靜電斥力的作用 下，微球之間的粘附幾率會相對較低，從而有利于微球調節相對位置，形成二維結構。
[0014] 利用實施例1的裝置采用粒徑為870nm的聚苯乙烯微球溶液制備的單元二維膠體 晶體的SEM圖如圖3所示，利用實施例1的裝置采用粒徑為1300nm的聚苯乙烯微球溶液制備 的單元二維膠體晶體的SEM圖如圖4所示;從圖3、4可以看出，利用本發明的二維膠體晶體的 制備裝置制備的二維膠體晶體膜中微球呈六角形排列，符合晶體結構特征，證實了這種裝 置確實能夠用來制備二維膠體晶體。
【主權項】
1. 一種二維膠體晶體的制備裝置，其特征在于:包括水槽、鐵架臺、移液槍、接液片和親 水玻璃片，水槽的底部為一傾斜面，親水玻璃片位于水槽底部，移液槍固定在鐵架臺上;所 述接液片包括水平部和傾斜部，水平部和傾斜部的夾角為鈍角，水平部位于親水玻璃片的 上表面上，移液槍的槍頭位于傾斜部的下方，傾斜部的上端與移液槍固定連接。2. 如權利要求2所述二維膠體晶體的制備裝置，其特征在于:所述水槽內表面涂有聚四 氟乙稀。
【文檔編號】B82Y40/00GK105951166SQ201610271655
【公開日】2016年9月21日
【申請日】2016年4月28日
【發明人】杜祖亮, 馬海光, 牛麗紅
【申請人】河南大學