薄膜自組裝制備方法及其裝置的制造方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及薄膜制備領域，具體地涉及薄膜的自組裝制備方法及其裝置。
【背景技術】
[0002]各類有序周期結構材料在光電器件、光催化、生物傳感、分子的吸附和分離，以及光子晶體等化學、物理以及生物的眾多領域產生了非常大的應用價值。這些薄膜材料的制備方法主要包括:微加工刻蝕技術、全息干涉法、光刻法、以及模板-填充法和自組裝方法等。對于微加工刻蝕技術、全息干涉、光刻等制備方法來說，其制備工藝復雜、制備成本昂貴，制備尺寸只有微米量級等缺點，開發價廉且具有大規模生產能力的自組裝工藝方法是多類學科的研宄重點之一。
[0003]常見的薄膜自組裝制備方法中，以提拉法、旋涂法、自然蒸發法為代表的方法，所制備的薄膜往往具有成形質量差、成形時間長、成形面積小等問題，往往僅可以用于實驗研宄，無法滿足大規模生產的需要。
[0004]Langmuir-Blodgge (LB)膜技術可將氣-液界面上的單層膜轉移至固體模片上，得到二維有序的單層或多層膜，是超薄有序有機膜研宄領域中應用較為廣泛的分子組裝技術。但是由于常規的LB膜中分子與基片表面、同層分子間及相鄰層分子間均為范德華力結合，因而膜對溫度、時間、化學環境及外壓的穩定性弱，影響了它的實用性；另一方面，在分子設計時，我們既要考慮其容易成膜，又要使所成的膜具有設計所要求的物理化學性質，二者往往難以兼得。
[0005]綜上所述，目前尚缺乏令人滿意的、成形質量高、成形時間長、成形面積大以及可大規模生產的自組裝制膜技術，因此，本領域迫切需要開發新的高成形質量、長成形時間、大成形面積以及可大規模生產的自組裝制膜技術。
【發明內容】
[0006]本發明提供了一種成膜質量高、成膜面積大、并可大規模生產的薄膜制備方法及其裝置。
[0007]在本發明的第一方面，提供了一種薄膜自組裝制備裝置，該裝置包括:
[0008]盛液單元和注射單元；
[0009]所述盛液單元用于盛放支撐液；
[0010]所述注射單元用于將該注射單元中的成膜液注射到所述盛液單元的支撐液表面以形成所述薄膜；
[0011]所述注射單元的注射角為O?90°。
[0012]在一優選例中，所述注射角為注射單元中的液體從所述注射單元射出時與所述盛液單元中與液面平行的底面的最小夾角。
[0013]在另一優選例中，上述注射單元包括儲液單元、輸液單元和固定單元，所述儲液單元用于儲存成膜液，所述輸液單元用于將儲液單元中的成膜液注射到所述盛液單元的支撐液表面，所述固定單元用于固定所述輸液單元的注射角。
[0014]在另一優選例中，所述注射角為儲液單元中的成膜液從所述輸液單元射出時與所述盛液單元中與液面平行的底面的最小夾角。
[0015]在另一優選例中，所述盛液單元為盛液器皿。
[0016]在另一優選例中，所述薄膜自組裝制備裝置一次生成一個單層薄膜。
[0017]在另一優選例中，所述薄膜自組裝制備裝置一次生成一個多層薄膜。
[0018]在另一優選例中，所述薄膜自組裝制備裝置一次生成多個單層或多層薄膜。
[0019]在另一優選例中，所述薄膜自組裝制備裝置與可實現薄膜轉移的傳動裝置連接。
[0020]在另一優選例中，所述注射單元包括至少一個注射泵和至少一個與所述注射泵配套使用的注射器，且所述注射泵用于推動所述注射器將注射器中的成膜液注射到所述盛液單元的支撐液表面。
[0021]在另一優選例中，所述注射角為注射器中的成膜液從所述注射器的針尖射出時與所述盛液單元中與支撐液液面平行的底面的最小夾角。
[0022]在另一優選例中，所述注射角為O?90°。
[0023]在另一優選例中，所述注射角為O?60°。
[0024]在另一優選例中，所述注射角為O?30°。
[0025]在另一優選例中，所述注射器的針頭分為相連接的第一端部和第二端部，且所述第一端部和第二端部之間的最小夾角為O?180°。
[0026]在另一優選例中，所述注射器的針頭分為相連接的第一端部和第二端部，且所述第一端部和第二端部之間的最小夾角為O?90°。
[0027]在另一優選例中，注射器的針頭分為相連接的第一端部和第二端部，且所述第一端部和第二端部之間的夾角為90?180°。
[0028]在另一優選例中，所述注射角為60?90°。
[0029]在另一優選例中，所述針頭的第一端部和第二端部在同一直線上。
[0030]在另一優選例中，所述針頭的第一端部靠近針筒。
[0031]在另一優選例中，所述裝置包括兩個注射泵和至少兩個注射器，每個所述注射泵至少配套有一個注射器。
[0032]在另一優選例中，所述裝置包括一個注射泵和不止一個注射器。
[0033]在本發明的第二方面，提供了一種薄膜自組裝制備方法，該方法包括以下步驟:
[0034](a)提供薄膜自組裝制備裝置，該裝置包括:盛液單元和注射單元，所述注射單元的注射角為O?90° ;
[0035](b)將包含成膜微粒的成膜液裝入所述注射器中，將支撐液裝入所述盛液單元中；和
[0036](c)運行所述裝置，將所述成膜液注射到所述盛液單元中的支撐液表面，生成所述薄膜。
[0037]在另一優選例中，所述裝置為權利要求1至4中任一項所述的薄膜自組裝制備裝置。
[0038]在另一優選例中，所述薄膜在氣-液界面生成，其中，所述氣-液界面中的氣指大氣環境，液指所述支撐液的液面。
[0039]在另一優選例中，所述支撐液為去離子水。
[0040]在另一優選例中，所述支撐液包括表面活性劑。
[0041 ] 在另一優選例中，所述成膜液包括表面活性劑。
[0042]在另一優選例中，還包括以下步驟:
[0043](d)將在所述支撐液表面生成的所述薄膜鋪設到基片的至少一個主表面上。
[0044]在另一優選例中，所述步驟(d)包括:
[0045]將基片放入液面浮有薄膜的支撐液中，撈取所述薄膜到所述基片的主表面；或
[0046]提前將基片放入所述支撐液中，在支撐液表面生成所述薄膜后，利用液面沉降法降低所述支撐液液面，將所述薄膜沉降到所述基片表面。
[0047]在另一優選例中，在所述液面沉降法中所述支撐液液面降低的速度為0.1?10mm/min，車交佳地，為 0.5 ?lmm/min。
[0048]在另一優選例中，所述基片包括可被氧化的光電材料。
[0049]在另一優選例中，所述基片為柔性基片。
[0050]在另一優選例中，所述柔性基片包括:PET(聚對苯二甲酸乙二醇酯)、PEN(聚萘二甲酸乙二醇酯)、PC (聚碳酸酯)、PES (聚醚砜)、PI (聚酰亞胺)、FRP (復合材料薄膜)，或其組合。
[0051 ] 在另一優選例中，所述基片為非柔性基片。
[0052]在另一優選例中，所述非柔性基片包括:單晶硅、多晶硅、非晶硅、鍺、砷化鎵、磷化銦，或其組合。
[0053]在另一優選例中，所述非柔性基片包括:載玻片、石英玻璃片、導電玻璃片、鋁片、銅片、不銹鋼片，或其組合。
[0054]在另一優選例中，所述非柔性基片包括:硅片、玻璃片、石英片、云母片、石墨片、不銹鋼片、聚四氟乙烯片，或其組合。
[0055]在另一優選例中，所述基片表面為平面或曲面。
[0056]在另一優選例中，所述基片與盛液單元底面之間的夾角為為0°?90°。
[0057]在另一優選例中，所述成膜液還包括鋪展劑和分散劑，其中，所述分散劑與所述鋪展劑的體積比為1: 0.1?1:5.0。
[0058]在另一優選例中，所述鋪展劑為甲醇、乙醇、丙醇、異丙醇、丙酮、汽油，或其組合。
[0059]在另一優選例中，所述成膜微粒的直徑平均為Inm?100 μ m。
[0060]在另一優選例中，所述成膜微粒的直徑平均為Inm?5000nm。
[0061]在另一優選例中，所述成膜液包括分散成膜微粒的分散劑，較佳地，為去離子水，乙醇，或組合。
[0062]在另一優選例中，所述成膜液中成膜微粒的固含量為0.1 %?10%
[0063]在另一優選例中，所述成膜液中分散劑與所述鋪展劑的體積比為1:1.0?1:2.0。
[0064]在另一優選例中，所述成膜微粒選自:聚苯乙烯微球、聚甲基丙烯酸甲醋微球、Si02m米球、T12納米球、碳納米管、石墨烯、氧化石墨烯、聚苯胺微球、聚吡咯微球、聚3，
4-乙撐二氧噻吩微球、聚苯乙烯磺酸鹽微粒，或其組合。
[0065]在另一優選例中，所述成膜微粒包括:聚苯乙烯微球、聚甲基丙烯酸甲醋微球、酚醛樹脂微球，或其組合。
[0066]在另一優選例中，所述成膜微粒包括:聚合物微球。
[0067]在另一優選例中，所述注射單元包括至少一個注射泵和至少一個與所述注射泵配套使用的注射器、所述成膜液為納米微球溶液，所述成膜液和/或支撐液中含有表面活性劑。
[0068]在另一優選例中，所述納米微球溶液的比重小于所述含有表面活性劑的支撐液的比重。
[0069]在另一優選例中，所述成膜液的比重大于或等于含有表面活性劑的支撐液的比重。
[0070]在另一優選例中，所述成膜液的比重可以大于所述支撐液的比重，也可以小于或等于所述支撐液的比重，兩者之間沒有限制要求。
[0071]在另一優選例中，所述裝置的運行包括選自下組的一個或多個特征:
[0072]注射角為O?30° ;
[0073]流速為0.05 ?3.0ml/h ；
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