[發(fā)明專利]一種控制液相中顆粒圖案化沉積的方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201910496075.6
• 申請日: 2019-06-10
• 公開（公告）號: CN110293043B
• 公開（公告）日: 2021-01-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 鄭懷;任錢倫;趙波;黃天勇;盧鑫耀;鄒精龍
• 申請（專利權(quán)）人: 武漢大學(xué)
• 主分類號: B05D5/06
• 分類號: B05D5/06;B05D3/02;B05D1/00
• 代理公司: 武漢科皓知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 42222
• 代理人: 楊宏偉

本發(fā)明公開了一種控制液相中顆粒圖案化沉積的方法，首先制備進(jìn)行圖案化沉積帶量子點(diǎn)的調(diào)控液；然后將調(diào)控液轉(zhuǎn)移到柔性基板上；根據(jù)需要圖案化的形狀制備金屬網(wǎng)格模板；將高壓直流電源的正極與導(dǎo)電型的柔性基板連通，負(fù)極與針尖電極連通；將金屬網(wǎng)格模板放置在針尖電極與調(diào)控液之間，開啟高壓直流電源，利用針尖電極放電，調(diào)控液中量子點(diǎn)即按照金屬網(wǎng)格模板的形狀進(jìn)行聚集，待調(diào)控液中量子點(diǎn)完全聚集后，關(guān)掉高壓直流電源；最后將柔性基板和其上已經(jīng)成型的調(diào)控液轉(zhuǎn)移至高溫烘烤箱中對調(diào)控液進(jìn)行固化，液相中顆粒圖案化沉積。該方法開創(chuàng)性地引入電荷注入液相的方法，將電荷附著到微粒表面，實(shí)現(xiàn)了通過控制電荷進(jìn)而控制微粒的目的。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于微納米制造技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種控制液相中顆粒圖案化沉積的方法，是一種新型的對液相中的微納米顆粒進(jìn)行特定組裝和圖形化沉積來構(gòu)建新的結(jié)構(gòu)或材料體系的調(diào)控方法，使得微納顆粒能以器件或復(fù)合材料的形式走向應(yīng)用。

背景技術(shù)

微納米領(lǐng)域的突破得益于微納米表征技術(shù)的進(jìn)步，然而推動其走向應(yīng)用的核心是微納制造技術(shù)的發(fā)展。目前微納米材料的合成方法有多種，其中液相合成微納米顆粒是一種主流的方法，其對設(shè)備依賴度低，操作簡單，能夠合成各種不同材料；微納米顆粒也常存儲在液相中，以便對其進(jìn)行保護(hù)與運(yùn)輸。而液相中的微納米顆粒需進(jìn)行特定組裝和圖形化沉積來構(gòu)建新的結(jié)構(gòu)或材料體系，才能以器件或復(fù)合材料的形式走向應(yīng)用。

傳統(tǒng)機(jī)械制造手段無法實(shí)現(xiàn)微納米顆粒加工器件和復(fù)合材料所需要的高精度、大規(guī)模顆粒圖形化沉積控制，為此一些非機(jī)械式的顆粒圖形化沉積調(diào)控方法被提出。最為常見的調(diào)控手段是一種被動方式，即通過流體對流來移動和組裝顆粒。然而受限于流體流動的特有屬性，該方法的顆粒沉積可控性存在不足，導(dǎo)致“咖啡效應(yīng)”等非預(yù)期效果。

當(dāng)前基于外部能量的多種主動式方法被用于顆粒調(diào)控。利用聲輻射力或者聲流的拽力實(shí)現(xiàn)顆粒群操控是其中一種方法，該方法能夠并行大規(guī)?？刂祁w粒圖形化沉積，然而由于目前聲場調(diào)節(jié)手段受限，一定程度限制了該方法的靈活性；磁性顆粒可以通過磁場的作用力實(shí)現(xiàn)可控沉積和組裝，然而該方法僅限于磁性材料顆?；蚪?jīng)過磁性改性的材料；利用光與顆粒的動量交換或者熱泳現(xiàn)象，激光被用于單顆粒操控，形成了“光鑷”和“熱組裝”技術(shù)，但是該技術(shù)無法實(shí)現(xiàn)大規(guī)模的顆粒操控，目前其應(yīng)用僅局限于科學(xué)研究和生物檢測等領(lǐng)域。

相比上述方法，利用電能調(diào)控顆粒沉積具有明顯的優(yōu)勢，如電能調(diào)節(jié)靈活，對不同材料均有作用力，不受材料限制，同時能夠?qū)崿F(xiàn)大規(guī)模的調(diào)控，具有非常大的研究與實(shí)用價(jià)值。然而現(xiàn)有的電能調(diào)控顆粒沉積方法控制精度還不夠高，必須借助微納加工手段的加工模板才能實(shí)現(xiàn)與激光相同的高精度操控效果。為此需要一種基于電能調(diào)控顆粒沉積的新方法與技術(shù)，滿足科學(xué)研究和應(yīng)用中的高精度的、靈活的、大規(guī)模的顆粒調(diào)控需求。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種通過電荷注入調(diào)控液相中顆粒圖案化沉積的方法。通過空氣電離或場發(fā)射形成自由電荷，并進(jìn)行定量調(diào)節(jié)，自由電荷在外部電場的作用下注入液體中，產(chǎn)生兩個物理現(xiàn)象，即電荷與顆粒碰撞并吸附形成帶電顆粒，電荷驅(qū)動液體對流；通過外部電磁場設(shè)置，實(shí)現(xiàn)單個電荷束或電子束陣列，依靠電荷束注入局部區(qū)域中帶電顆粒的庫侖力，以及對流的流體力作用，實(shí)現(xiàn)高精度顆粒直寫式或大規(guī)模并行顆粒操控和圖形化沉積。該方法借鑒了電泳現(xiàn)象的庫倫力和電滲流中對流顆粒輸運(yùn)作用，將傳統(tǒng)的單純利用電場調(diào)控變?yōu)橥ㄟ^電荷注入來進(jìn)行作用力與作用區(qū)域控制。目前高精度的電子束或離子束注入手段能夠消除對于微納模具的依賴，實(shí)現(xiàn)高精度調(diào)控；電荷束的電磁時空調(diào)控能夠擺脫依靠感光材料/熱釋電材料作為電荷區(qū)域調(diào)控，實(shí)現(xiàn)直寫式靈活操控；注入電荷驅(qū)動液體對流能夠提升電荷作用范圍及顆粒調(diào)控效率；電荷注入的兩種作用機(jī)制確保在介電液體和電解質(zhì)液體中均能實(shí)現(xiàn)顆粒調(diào)控，克服傳統(tǒng)基于電能的調(diào)控技術(shù)只能適用于特定材料的局限。因此，基于電荷注入方式的顆粒調(diào)控從原理上能夠?qū)崿F(xiàn)液相中顆粒的高精度、大規(guī)模高效、直寫式圖形化沉積調(diào)控。其基本原理圖如圖1-1，圖1-2所示。

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：