CN104176702A - 一种大面积快速制备纳米材料有序组装功能薄膜的装置 - Google Patents

Abstract

一种大面积快速制备纳米材料有序组装功能薄膜的装置，上输送带和下输送带间隔且平行设置，上基底固定在所述上输送带上，上基底朝向下输送带的侧面的表面具有规整排列的柱状阵列结构，下基底固定在下输送带上，下基底和上基底对应设置，上输送带和下输送带的线速度相同；下输送带的一侧的正上方设有纳米材料悬浮液注射口，下输送带的下方设有加热装置。本发明在制备纳米材料有序组装功能薄膜时，具有简单快捷，可控性强，制备成本低的优点，而且便于大规模生产。本发明制备的功能薄膜（光学元件、电学元件等）能够实现位置的精确可控，在微电子电路、光学元件、磁性器件方面具有很好的应用价值。

Description

一种大面积快速制备纳米材料有序组装功能薄膜的装置

技术领域

本发明涉及一种大面积快速制备纳米材料有序组装功能薄膜的装置，属于纳米材料组装技术领域。

背景技术

随着纳米材料在合成方面的研究开发和纳米材料在工业应用方面的潜在的巨大应用价值的显现，实现不同纳米材料的有序组装，开发纳米材料在光学元件、微电子电路、磁性器件方面的潜在应用价值，受到了广泛的关注。特别是利用简单的方法实现功能性纳米材料的有序组装，对功能薄膜器件（光学元件、电学元件等）的应用方面具有潜在的价值。

纳米材料的组装是连接纳米材料科技和电子器件制备微型化的桥梁。所以，随着电子器件的小型化，社会对于纳米材料的需求也越来越迫切，并进行了相关的探索和研究。目前纳米材料的组装主要有两种途径：一类是自上而下（Top-down）的方法；另一类是自下而上（Bottom-up）的方法。自下而上的方法即是以分子、纳米材料作为基本结构单元，通过一定的相互作用，形成比较特殊的纳米结构。作为近年来逐渐发展起来的全新领域，纳米材料的组装是将纳米材料进行组织化和有序化的技术，所制备的复合结构具有一系列全新的物理化学性质，研究这类体系一方面是探索制备特殊纳米结构的方法，也对这类结构的特殊物理化学性质进行研究，并且为这些新性质的潜在应用做好准备工作；另一方面也会加深人们对纳米结构的认识，并结合这方面的研究开展对此体系更加深入的探索，这不但具有科学意义，而且具有重要的应用价值。特别地，一维纳米材料组装体由于其各向异性的结构和特殊的物理化学性质，受到了人们广泛的关注。例如，在一维纳米材料阵列组装体中，由于相邻纳米之间表面等离子体的耦合作用，纳米材料的电磁能能够得到传播，通过调控组装体系的结构参数，例如粒子大小和粒子间距，可以调节和优化这种传播的情况。目前组装纳米材料一维阵列的方法有很多，如利用粒子之间作用的方法（氢键、范德华力、静电力等），模板的方法（DNA、碳纳米管、共聚物、多孔氧化铝以及纳米纤维等），界面组装法以及外场作用的方法。但是这些方法往往随机的在目标基底上组装，很难得到规整的、密堆积的纳米材料组装结构。因此，在纳米材料组装体的可控阵列化制备，特别能够将这些纳米材料进行程序化组装，使其能够准备定位于目标基底形成周期性图案，并开拓其在工业上的应用前景，是目前纳米材料组装研究中的一个热点。

授权公告号为CN103253629B的中国发明专利公开了一种纳米粒子精确有序组装方法，该方法首先利用光学刻蚀的方法对硬质的板材进行表面刻蚀，在硬质的板材表面得到具有规整排列的柱状阵列结构；然后分别将表面具有规整排列的柱状阵列结构的板材和平整表面的板材作为下基底和上基底，并在作为下基底的表面具有规整排列的柱状阵列结构的板材和作为上基底的具有平整表面的板材之间填充含有纳米粒子的悬浮液组成三明治的夹层结构；待悬浮液中的溶剂挥发后，将上下基底进行分离，在具有平整表面的板材表面得到精确组装的纳米粒子阵列。本发明制备的纳米粒子阵列能够实现纳米粒子在特定位置的精确组装。该方法的缺点是无法实现工业化大规模生产。

发明内容

本发明目的是提供一种大面积快速制备纳米材料有序组装功能薄膜的装置。

为达到上述目的，本发明采用的第一种技术方案是：一种大面积快速制备纳米材料有序组装功能薄膜的装置，包括上输送带、下输送带、若干个上基底、若干个下基底、加热装置和纳米材料悬浮液注射口；所述上输送带和下输送带间隔且平行设置，所述上基底固定在所述上输送带上，所述上基底朝向所述下输送带的侧面的表面具有规整排列的柱状阵列结构，所述下基底固定在所述下输送带上，所述下基底和上基底对应设置，所述上输送带和下输送带的线速度相同；所述下输送带的一侧的正上方设有用以将纳米材料悬浮液注射到所述下基底上的纳米材料悬浮液注射口，所述下输送带的下方设有用以对下基底上的纳米材料悬浮液进行加热的加热装置。

优选的技术方案为：所述上基底为柔性基底，其材质选自聚二甲基硅氧烷、丁苯橡胶、氯丁橡胶。

优选的技术方案为：所述下基底的材质选自硅片、玻璃片、石英片、铁片、铜片、聚二甲基硅氧烷薄膜、聚对苯二甲酸乙二醇酯薄膜、聚苯乙烯薄膜、聚氨基甲酸酯薄膜、聚酰亚胺薄膜、铝片、氧化铝片。

优选的技术方案为：所述下输送带的表面设有凹部，所述下基底嵌设于所述凹部内。

优选的技术方案为：还包括一用于容纳下基底的下基底收纳皿。

优选的技术方案为：所述柱状阵列结构可以为纺锤柱阵列结构、圆柱阵列结构或多面体柱阵列结构。

为达到上述目的，本发明采用的第二种技术方案是：一种大面积快速制备纳米材料有序组装功能薄膜的装置，包括上输送带、下输送滚筒组、若干个上基底、若干个下基底、加热装置和纳米材料悬浮液注射口；所述上输送带和下输送滚筒组间隔且平行设置，所述上基底固定在所述上输送带上，所述上基底朝向所述下输送滚筒组的侧面的表面具有规整排列的柱状阵列结构，所述下基底放置在所述下输送滚筒组上，所述下基底和上基底对应设置，所述上输送带的驱动滚筒和下输送滚筒组的滚筒的线速度相同；所述下输送滚筒组的一侧的正上方设有用以将纳米材料悬浮液注射到所述下基底上的纳米材料悬浮液注射口，所述下输送滚筒组的下方设有用以对下基底上的纳米材料悬浮液进行加热的加热装置。

由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点和效果：

本发明在制备纳米材料有序组装功能薄膜时，具有简单快捷，可控性强，制备成本低的优点，而且便于大规模生产。本发明制备的功能薄膜（光学元件、电学元件等）能够实现位置的精确可控，在微电子电路、光学元件、磁性器件方面具有很好的应用价值。

附图说明

附图1为大面积快速制备纳米材料有序组装功能薄膜的装置的实施方式一示意图。

附图2为上基底、下基底对应关系示意图。

附图3为下输送带示意图。

附图4为下基底收纳皿示意图

附图5为大面积快速制备纳米材料有序组装功能薄膜的装置的实施方式二示意图。

附图6为下基底成品示意图。

以上附图中，以上附图中，1、上输送带；2、下输送带；3、上基底；4、下基底；5、加热装置；6、纳米材料悬浮液注射口；7、柱状阵列结构；8、凹部；9、下基底收纳皿；10、滚筒。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：

须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。

实施例一：一种大面积快速制备纳米材料有序组装功能薄膜的装置

参见附图1～附图4所示，一种大面积快速制备纳米材料有序组装功能薄膜的装置，包括上输送带1、下输送带2、若干个上基底3、若干个下基底4（目标承印基底）、加热装置5和纳米材料悬浮液注射口6；所述上输送带1和下输送带2间隔且平行设置，所述上基底3固定在所述上输送带1上，所述上基底3朝向所述下输送带2的侧面的表面具有规整排列的柱状阵列结构7，所述下基底4固定在所述下输送带2上，所述下基底4和上基底3对应设置，所述上输送带1和下输送带2的线速度相同；所述下输送带2的一侧的正上方设有用以将纳米材料悬浮液注射到所述下基底4上的纳米材料悬浮液注射口6，所述下输送带2的下方设有用以对下基底4上的纳米材料悬浮液进行加热的加热装置5。所述上基底3为柔性基底，其材质为丁苯橡胶，在其它具体实施例中，可以使用聚硅氧烷如聚二甲基硅氧烷、橡胶材料如丁苯橡胶、氯丁橡胶。所述下基底4的材质为硅片，在其它实施例中可以使用玻璃片、石英片、铁片、铜片、聚二甲基硅氧烷薄膜、聚对苯二甲酸乙二醇酯薄膜、聚苯乙烯薄膜、聚氨基甲酸酯薄膜、聚酰亚胺薄膜、铝片、氧化铝片。

为了方便放置下基底4和将下基底4取出，在优选的实施方式中，所述下输送带2的表面设有凹部8，所述下基底4嵌设于所述凹部8内。

为了保护下基底4，还设置一用于容纳下基底4的下基底收纳皿9。可以为下基底收纳皿9连同下基底4放置于凹部8

所述柱状阵列结构7为纺锤柱阵列结构，在其它具体试试方式中可以选用圆柱阵列结构或多面体柱阵列结构。

使用方法：将由粒径约为50nm的银纳米粒子、十二烷基硫酸钠与水配制得到的银纳米颗粒的质量含量为0.5%、十二烷基硫酸钠的质量含量为0.05%、余量为水的含有银纳米粒子的纳米材料悬浮液，配制好以后装入一储液容器内，然后通过纳米材料悬浮液注射口6注射到下基底4上，下输送带2带动下基底4移动，同时上输送带1带动上基底3移动，为了使下基底4和上基底3能够精确对接，需要保持下输送带2和输送带1的移动速度相同，然后上基底3与下基底接触，两者纸件夹有纳米材料悬浮液，形成三明治结构，加热装置5对三明治结构进行加热，加热装置的温度为60℃。加热的目的是使纳米材料悬浮液的溶剂挥发，然后在下基底4的表面得到周期性阵列的银纳米粒子功能薄膜器件，参加附图6所示。

实施例二：一种大面积快速制备纳米材料有序组装功能薄膜的装置

一种大面积快速制备纳米材料有序组装功能薄膜的装置，包括上输送带1、下输送滚筒组、若干个上基底3、若干个下基底4、加热装置5和纳米材料悬浮液注射口6；所述上输送带1和下输送滚筒组间隔且平行设置，所述上基底3固定在所述上输送带1上，所述上基底朝向所述下输送滚筒组的侧面的表面具有规整排列的柱状阵列结构，所述下基底放置在所述下输送滚筒组上，所述下基底和上基底对应设置，所述上输送带1的驱动滚筒和下输送滚筒组的滚筒10的线速度相同；所述下输送滚筒组的一侧的正上方设有用以将纳米材料悬浮液注射到所述下基底上的纳米材料悬浮液注射口，所述下输送滚筒组的下方设有用以对下基底上的纳米材料悬浮液进行加热的加热装置。

上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。 

Claims (7)

1.一种大面积快速制备纳米材料有序组装功能薄膜的装置，其特征在于：包括上输送带、下输送带、若干个上基底、若干个下基底、加热装置和纳米材料悬浮液注射口；所述上输送带和下输送带间隔且平行设置，所述上基底固定在所述上输送带上，所述上基底朝向所述下输送带的侧面的表面具有规整排列的柱状阵列结构，所述下基底固定在所述下输送带上，所述下基底和上基底对应设置，所述上输送带和下输送带的线速度相同；所述下输送带的一侧的正上方设有用以将纳米材料悬浮液注射到所述下基底上的纳米材料悬浮液注射口，所述下输送带的下方设有用以对下基底上的纳米材料悬浮液进行加热的加热装置。

2.根据权利要求1所述的大面积快速制备纳米材料有序组装功能薄膜的装置，其特征在于：所述上基底为柔性基底，其材质选自聚二甲基硅氧烷、丁苯橡胶、氯丁橡胶。

3.根据权利要求1所述的大面积快速制备纳米材料有序组装功能薄膜的装置，其特征在于：所述下基底的材质选自硅片、玻璃片、石英片、铁片、铜片、聚二甲基硅氧烷薄膜、聚对苯二甲酸乙二醇酯薄膜、聚苯乙烯薄膜、聚氨基甲酸酯薄膜、聚酰亚胺薄膜、铝片、氧化铝片。

4.根据权利要求1所述的大面积快速制备纳米材料有序组装功能薄膜的装置，其特征在于：所述下输送带的表面设有凹部，所述下基底嵌设于所述凹部内。

5.根据权利要求1所述的大面积快速制备纳米材料有序组装功能薄膜的装置，其特征在于：还包括一用于容纳下基底的下基底收纳皿。

6.根据权利要求1所述的大面积快速制备纳米材料有序组装功能薄膜的装置，其特征在于：所述柱状阵列结构可以为纺锤柱阵列结构、圆柱阵列结构或多面体柱阵列结构。

7.一种大面积快速制备纳米材料有序组装功能薄膜的装置，其特征在于：包括上输送带、下输送滚筒组、若干个上基底、若干个下基底、加热装置和纳米材料悬浮液注射口；所述上输送带和下输送滚筒组间隔且平行设置，所述上基底固定在所述上输送带上，所述上基底朝向所述下输送滚筒组的侧面的表面具有规整排列的柱状阵列结构，所述下基底放置在所述下输送滚筒组上，所述下基底和上基底对应设置，所述上输送带的驱动滚筒和下输送滚筒组的滚筒的线速度相同；所述下输送滚筒组的一侧的正上方设有用以将纳米材料悬浮液注射到所述下基底上的纳米材料悬浮液注射口，所述下输送滚筒组的下方设有用以对下基底上的纳米材料悬浮液进行加热的加热装置。