[發(fā)明專利]一種外磁場(chǎng)調(diào)控非磁性橢球膠體顆粒三維周期結(jié)構(gòu)的自組裝方法

無(wú)效

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• 申請(qǐng)日: 2012-12-05
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN102942703A
• 公開(kāi)（公告）日: 2013-02-27
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉桂強(qiáng);劉正奇;黎磊;陳元浩;黃寬;胡瑩;張向楠;唐發(fā)林;龔麗霞
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 江西師范大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): C08J3/28
• 分類(lèi)號(hào): C08J3/28;C08L25/06
• 代理公司: 暫無(wú)信息
• 代理人: 暫無(wú)信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種自組裝方法，尤其涉及一種外磁場(chǎng)調(diào)控非磁性橢球膠體顆粒三維周期結(jié)構(gòu)的自組裝方法。

背景技術(shù)

????三維周期結(jié)構(gòu)是一種人造的空間周期結(jié)構(gòu)，因能夠利用其帶隙效應(yīng)和缺陷效應(yīng)實(shí)現(xiàn)對(duì)光子的自由操縱和控制，在量子信息處理、光信息處理以及生物傳感等許多領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景，近年來(lái)一直是研究的熱點(diǎn)。三維周期結(jié)構(gòu)的制備方法很多，如精密加工技術(shù)、半導(dǎo)體制造技術(shù)、膠體自組裝法、模板法以及激光制造技術(shù)等等，而自組裝法被認(rèn)為是制備近紅外、光學(xué)以及更短波段三維周期結(jié)構(gòu)的最有效的方法。自組裝方法主要包括垂直沉積自組裝法、重力自組裝法、離心自組裝法、以及基片提拉法自組裝法等。其中，垂直沉積自組裝法是通過(guò)控制膠體顆粒的尺寸、蒸發(fā)溫度、壓強(qiáng)等幾個(gè)重要的參數(shù)，得到厚度可控的三維周期結(jié)構(gòu)，其工藝及設(shè)備簡(jiǎn)單，組裝時(shí)間短（一般幾個(gè)小時(shí)）、制備的樣品大面積有序且缺陷較少。因此，為了在較短時(shí)間內(nèi)得到大面積結(jié)構(gòu)高度有序的三維周期結(jié)構(gòu)，垂直沉積自組裝法成為近年來(lái)科研研究者進(jìn)行球形結(jié)構(gòu)基元三維周期結(jié)構(gòu)制備的首選方法之一。

目前國(guó)內(nèi)外三維周期結(jié)構(gòu)的組裝主要采用球形微納米膠體顆粒，通過(guò)利用干燥法、沉降法及自組裝法等得到高度有序的周期結(jié)構(gòu)，然后探索其在微納光子學(xué)、微納生物化學(xué)等領(lǐng)域的重要作用。但由橢球膠體顆粒、花生形膠體顆粒、方形、星形顆粒等組成的三維周期結(jié)構(gòu)具有許多特殊的光學(xué)性能，在各個(gè)領(lǐng)域，特別是在偏振可控新型光學(xué)器件方面顯示出廣泛的應(yīng)用前景。因而，近年來(lái)，非球形膠體顆粒的三維周期結(jié)構(gòu)的組裝，引起了人們極大的興趣。

在非球形膠體顆粒中，橢球顆粒應(yīng)具有接近于球形的性質(zhì)，得到了科研工作者的廣泛關(guān)注，成為非球形微納米顆粒三維周期結(jié)構(gòu)組裝的重要材料。但傳統(tǒng)的周期結(jié)構(gòu)制備方法，如干燥法、沉降法及自組裝法等由于只滿足顆粒的位置有序而無(wú)法單獨(dú)用來(lái)制備高質(zhì)量的橢球形結(jié)構(gòu)基元三維周期結(jié)構(gòu)。2009年，宋凱課題組通過(guò)利用外磁場(chǎng)，實(shí)現(xiàn)了磁性橢球形γ-Fe₂O₃SiO₂核殼結(jié)構(gòu)的三維周期結(jié)構(gòu)的自組裝，并初步證實(shí)了該結(jié)構(gòu)的帶隙可調(diào)。

國(guó)內(nèi)外關(guān)于非磁性橢球形膠體顆粒三維周期結(jié)構(gòu)制備的研究很少，主要采用的直接通過(guò)利用自組裝法來(lái)獲得非磁性橢球膠體顆粒的三維周期結(jié)構(gòu)，但得到的結(jié)構(gòu)缺陷很多，且顆粒的排列非常雜亂。而關(guān)于高質(zhì)量非磁性橢球形膠體顆粒三維周期結(jié)構(gòu)制備方面的研究成果完全沒(méi)有，也沒(méi)有相關(guān)的文獻(xiàn)發(fā)表。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供了一種外磁場(chǎng)調(diào)控非磁性橢球膠體顆粒三維周期結(jié)構(gòu)的自組裝方法，解決上述非磁性膠體顆粒的有序程度低、重復(fù)性低、面積小等技術(shù)問(wèn)題，該方法具有生產(chǎn)成本低、工藝簡(jiǎn)單且獲得的非磁性橢球膠體顆粒三維周期結(jié)構(gòu)具有高度有序、厚度可調(diào)等優(yōu)點(diǎn)。

本發(fā)明是這樣來(lái)實(shí)現(xiàn)的，一種外磁場(chǎng)調(diào)控的非磁性橢球膠體顆粒三維周期結(jié)構(gòu)的自組裝方法，其特征在于非磁性聚苯乙烯膠體顆粒三維周期結(jié)構(gòu)是以磁流體作為載體，結(jié)合垂直沉積自組裝法和外磁場(chǎng)調(diào)控技術(shù)制備而成，包括以下步驟：1）將橢球置于小玻璃瓶中，利用超聲池超聲60min，使之橢球均勻分散在去離子水中；2）從小玻璃瓶中取出5ml帶有橢球的溶液，滴入濃度為0.3%的磁流體0.017ml，并超聲始終均勻分布；3）將該玻璃瓶置于真空箱中，控制小玻璃瓶液面處的磁場(chǎng)強(qiáng)度為210G；4）在蒸發(fā)溫度35℃，壓強(qiáng)為45mmHg的條件下，生長(zhǎng)6h，得到空隙內(nèi)充滿磁流體的非磁性聚苯乙烯橢球膠體顆粒的三維周期結(jié)構(gòu)；5）利用氫氟酸蒸汽進(jìn)行腐蝕，去掉三維周期結(jié)構(gòu)中的磁流體成分，蒸汽腐蝕時(shí)間為10min，得到純聚苯乙烯非磁性橢球膠體顆粒的三維周期結(jié)構(gòu)。

所述在步驟3）中，在小玻璃瓶的上下兩端各放置條形磁鐵一根，使得摻有非磁性聚苯乙烯橢球膠體顆粒的磁流體溶液處在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，有利于橢球構(gòu)筑基元的取向排列。

所述在步驟3）中，在小玻璃瓶的上下兩端各放置條形磁鐵一根，兩條磁鐵可以圍繞小玻璃瓶同步轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)而控制橢球構(gòu)筑基元的取向。

所述在步驟1）中，非磁性聚苯乙烯橢球膠體微球是通過(guò)對(duì)聚苯乙烯球形膠體顆粒拉伸制得，顆粒的縱橫比為1.1~1.7。

所述將步驟4）干燥后的非磁性橢球膠體顆粒三維周期結(jié)構(gòu)至于氫氟酸蒸汽中，使得磁流體完全被腐蝕完畢，只剩下非磁性聚苯乙烯橢球膠體顆粒的三維周期結(jié)構(gòu)。

構(gòu)筑基元的短軸半徑為微納米級(jí)別。

所使用的磁流體為水基磁流體。