[發(fā)明專利]一種利用軟物質(zhì)界面在平面或者曲面組裝周期納米結(jié)構(gòu)的方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010175538.1
• 申請日: 2020-03-13
• 公開（公告）號: CN111253593B
• 公開（公告）日: 2023-03-03
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 段憶翔;吳孟璠
• 申請（專利權(quán)）人: 段憶翔;四川大學(xué)
• 主分類號: C08J3/075
• 分類號: C08J3/075;C08L5/12;B82Y40/00
• 代理公司: 成都其高專利代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 51244
• 代理人: 梁周霆;賀立中

本發(fā)明公開了一種利用軟物質(zhì)界面在平面或者曲面組裝周期納米結(jié)構(gòu)的方法，包括下述步驟：1）使用水或水/PEG混合溶液作為溶劑配制合適濃度的凝膠水溶液，然后超聲處理直至凝膠單體完全溶解；2）取步驟1）所得加熱至沸騰，冷卻至半固態(tài)，澆筑于目標表面，并除氣泡和平整表面；3）將步驟2）中體系置于室溫緩慢冷卻，待水凝膠完全凝固，并利用潔凈空氣吹洗直至水凝膠表面無明顯水滴痕跡；4）然后切除不規(guī)整的水凝膠，在水凝膠表面滴加適量的微球膠體懸浮液；5）將步驟4）所得置于30~90℃溫度環(huán)境中干燥；實現(xiàn)了具有高反射率和吸收反射能力的大面積周期納米結(jié)構(gòu)材料的快速低成本制備。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及納米材料制備技術(shù)領(lǐng)域，具體的說，一種利用軟物質(zhì)界面在平面或者曲面組裝周期納米結(jié)構(gòu)的方法。

背景技術(shù)

光子晶體（PCs）是一種典型的被廣泛研究的周期性納米結(jié)構(gòu)材料，具有多種特殊的光學(xué)性質(zhì)，包括光子帶隙（PBG）、光子局域化、低光子效應(yīng)和熒光增強效應(yīng)。基于這些獨特的光學(xué)特性，PCs在光子器件、納米材料、太陽能電池和化學(xué)生物傳感等領(lǐng)域具有巨大的應(yīng)用潛力。

近年來，人們報道了各種制備光子晶體材料的方法，可分為兩類。第一種方法是自上而下的制備策略，包括光刻，這需要繁瑣的操作和昂貴的大型設(shè)備，如光刻機和氣相沉積儀器等。而另一種制備方法是自下而上的，采用膠體納米粒子的自組裝，由于其成本低、無需大型儀器而被廣泛應(yīng)用。現(xiàn)有的膠體納米粒子自組裝的方法有沉淀法、垂直沉積法、浸漬沉積法、旋涂法、剪切誘導(dǎo)法和 Langmuir-Blodgett法，但它們不能完全克服耗時、浪費材料、無法形成高光學(xué)性能的大面積光子晶體等缺點。雖然已經(jīng)探索了幾種制備大規(guī)模光子晶體的方法，但應(yīng)該認識到快速制備大規(guī)模光子晶體，在平面或曲面界面的高光學(xué)性能三維PCs仍然是一個挑戰(zhàn)。

水凝膠是一種重要的軟物質(zhì)，廣泛應(yīng)用于生化傳感、化學(xué)分離、生物醫(yī)學(xué)材料、藥物傳遞系統(tǒng)等領(lǐng)域。但作為一種具有固液界面特性的特殊界面，水凝膠界面在材料科學(xué)領(lǐng)域應(yīng)用甚少。水凝膠界面提供了一個類似于液體表面的組裝環(huán)境，它不僅為膠體粒子懸浮液在大規(guī)模上的均勻擴散提供了中等的表面張力，而且還平衡了納米粒子自組裝過程中的幾種非共價相互作用和溶劑化效應(yīng)。此外，水凝膠的半固態(tài)可以保持光子晶體的晶體狀態(tài)。在此基礎(chǔ)上，水凝膠可以作為一種新型的納米膠體自組裝平臺，同時具有優(yōu)異的性能。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種利用軟物質(zhì)界面在平面或者曲面組裝周期納米結(jié)構(gòu)的方法，實現(xiàn)了具有高反射率和吸收反射能力的大面積周期納米結(jié)構(gòu)材料的快速低成本制備。

本發(fā)明通過下述技術(shù)方案實現(xiàn)：一種利用軟物質(zhì)界面在平面或者曲面組裝周期納米結(jié)構(gòu)的方法，包括下述步驟：

1）使用水或水/PEG混合溶液作為溶劑配制0.2% ~ 2% 濃度（優(yōu)選采用1%濃度）的凝膠水溶液，然后超聲處理直至凝膠單體完全溶解；其中，使用水作為溶劑，是為了契合微球膠體懸浮液中溶劑的極性和離子強度等；采用超聲處理能夠使得固體狀的凝膠單體快速溶解至水中；

2）取步驟1）所得加熱至沸騰，然后緩慢冷卻至半固態(tài)，澆筑于目標表面（平坦或彎曲表面），并除氣泡和平整表面（即適度晃動直至表面平整并除去液體中的氣泡）； 采用晃動的方式直至表面平整并除去液體中的氣泡是為了給微球在軟物質(zhì)界面自組裝提供一個規(guī)整的區(qū)域；

3）將步驟2）中體系置于室溫緩慢冷卻，待水凝膠完全凝固，并利用潔凈空氣輕輕吹洗直至水凝膠表面無明顯水滴痕跡；使用潔凈空氣除去水凝膠表面水滴是為了避免水滴對微球膠體懸浮液體系（微球膠體懸浮液）的影響；

4）然后切除不規(guī)整的水凝膠，在水凝膠表面滴加適量（完全覆蓋目標區(qū)域大小即可）的微球膠體懸浮液（在滴加時特別注意不要破壞凝膠表面）；切除不規(guī)整的水凝膠的目的是為了提供一個相對規(guī)則的平面并使用微球膠體懸浮液的表面張力控制微球膠體懸浮液的分散面積，達到控制其微球的組裝厚度的目的；