[發明專利]PS小球和金納米顆粒的微納復合系統的有序組裝方法

有效

• 申請號: 201410572818.0
• 申請日: 2014-10-23
• 公開（公告）號: CN104445058A
• 公開（公告）日: 2015-03-25
• 發明（設計）人: 許利蘋;魏璐;曹艷華;陳艷霞;宋永楊;王書琪;張學記;王樹濤
• 申請（專利權）人: 北京科技大學
• 主分類號: B82B3/00
• 分類號: B82B3/00;B82Y40/00
• 代理公司: 北京市廣友專利事務所有限責任公司 11237
• 代理人: 張仲波

技術領域

本發明屬于納米材料領域，涉及納米粒子的組裝方法，特別是一種PS小球和金納米顆粒的微納復合系統的有序組裝方法。

背景技術

納米材料是80年代中期發展起來的一種具有全新結構的材料，是尺寸處于原子簇和宏觀物體交界的過渡區域的一類特殊微粒。作為一種材料的定義把納米顆粒的尺寸限制到1-100nm范圍。當微粒尺寸進入納米量級時候，會使得納米微粒具備以下四方面的效應：小尺寸效應、表面效應、量子尺寸效應、宏觀量子隧道效應。這四種效應是納米粒子的基本特性，它們使納米材料會呈現出各式各樣奇特的物理、化學性質。例如：金屬為導體，但納米金屬微粒在低溫由于量子尺寸效應會呈現電絕緣性；鐵磁性的物質進入納米級(5nm)由于由多疇變成單疇而顯示出極強的順磁效應；化學惰性的金屬鉑制成納米微粒(鉑黑)后卻成為活性極好的催化劑。納米材料所呈現出的這些與體相材料完全不同的奇異特性，使其在陶瓷、微電子學、生物工程、光電、化工、醫學等多領域展現出誘人的應用前景。

納米粒子的一維和多維有序組裝結構的許多重要性質近年已引起人們廣泛的重視，并在光學材料、高密度數據儲存器、微反應器、生物傳感器等諸多方面顯示了潛在的應用。一般而言，組裝納米粒子有序結構有兩種策略，“自上而下”的各種光刻技術和“自下而上”的自組裝技術。文獻1(Adv.Mater.,2014；26[15]：2353)報道，作者用p型硅片為基底，以聚合物聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)為原料，在2000rpm轉速下進行旋涂，制備成160nm厚的薄膜，然后選擇上下法策略，運用電子束光刻技術和原位蝕刻技術，將納米星狀結構進行有序排列。文獻2(ACSNano,2013,7[5]：4326–4333)報道，作者在p型硅片上旋涂PMMA，并退火(120℃)處理1h，然后用球面透鏡構建局域空間，在局域空間內填充DNA溶液，隨后在不同溫度下進行自組裝，最后形成輪條輻射狀陣列。

聚苯乙烯微球具有比表面積大，吸附性強，凝集作用大及表面反應能力強等特性，有著廣泛的應用前景，微米級顆粒度均勻的聚合物微球，作為功能高分子材料，在分析化學、生物化學、免疫醫學、標準計量以及某些高新技術領域中有著廣泛的用途，因而對這類材料的研究越來越引起了重視。將聚苯乙烯微米球通過溶劑揮發和模板法進行組裝得到PS圓球陣列，輔以物理覆鍍金屬技術，構成有序微納復合陣列，構筑新一代的SERS檢測基底。

發明內容

本發明所要解決的關鍵技術問題是，提供一種構筑有序微納米陣列的簡便方法。具體內容是將溶劑揮發和模板法相結合，利用蒸發液體退縮時的表面張力與模板邊緣的毛細力作為驅動力，驅動微納米顆粒在短時間、不同表面基底形成規整有序結構的微納米陣列。

一種PS小球和金納米顆粒的微納復合系統的有序組裝方法，具體步驟如下：

1)、親水苯乙烯(PS)球的合成

苯乙烯過柱子純化(將堿性氧化鋁填充柱子作為吸附劑，隨后苯乙烯加入洗脫柱，氧化鋁自動吸附雜質，苯乙烯得到純化)，加入破乳劑氯化鈉(一般為苯乙烯單體總量2％—5％)和水，通氮氣30min，后加入引發劑過硫酸銨(一般為苯乙烯單體總量的0.1％—2％)，70℃下反應一定時間(24h)，即可得到大小形狀均一的PS小球。

2)、PS懸浮液的配置

以十二烷基硫酸鈉(SDS)配置成一定濃度(0.5mg/mL—10mg/mL)的表面活性劑溶液，然后將PS分散于活性劑溶液中，制備成懸浮液。

3)、光刻陣列硅柱模板和硅片基底的制備

通過圖像復制和化學腐蝕，在硅片上深度刻蝕出所需要的陣列硅柱。對硅片基底進行處理，將硅片切成1cm×1cm的片材，并依次經過丙酮、乙醇和超純水的超聲清洗，然后將硅片置于大燒杯中，加入一定比例的雙氧水和濃硫酸(二者體積比為1:3)，浸泡1h。最后取出硅片用清水反復沖洗，吹干待用。

4)、陣列硅柱和硅片基底的親水處理

將陣列硅柱和硅片基底放入等離子體表面處理儀，設置好參數，通過高速氧的等離子體處理將其表面親水化。

5)、PS小球與納米金復合系統的組裝

將10μL的PS懸浮液滴加在硅片基底上，然后覆蓋陣列硅柱模板，組成“三明治”結構，在一定溫度下(30℃)進行蒸發組裝形成陣列，然后通過物理鍍金技術將納米金覆蓋在PS小球上構成微納復合系統。

進一步所述步驟1)，用乳液聚合法合成親水PS小球，即純化后的苯乙烯加入氯化鈉并通氮氣30min，后加入引發劑過硫酸銨70℃下反應24h，即可得到大小形狀均一的PS小球。