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复合微纳颗粒精细图案化

来源:日照哈工大?????发布日期:2018-12-20 16:08:58???作者:日照哈工大?????

? ? ? ? ?? 复合微纳颗粒可以实现不同成分间的协同作用并能构成多样化的组装结构,实现不同尺寸微纳颗粒的精细组装对于新型光电器件和生物医学领域具有重要意义。目前已经被广泛研究的实现颗粒组装的方法,通常需要对颗粒表面进行特异性修饰或借助特殊外场诱导,且控制组装结构的长程取向会受到极大限制。因此,发展普适便捷、绿色高效的组装方法具有重要的科学价值和应用前景。利用模板实现图案化是一种高效精确的方法,已报导的模板法有通过光刻模板、碳纳米管或者分子自组装纳米孔道的固体限域,但是这些模板对于不同的颗粒通常没有选择性,只能通过多次繁琐操作组装不同的组分。通过液体软模板限域的方法可以实现无特异性修饰或功能化颗粒的精确组装,是微纳米颗粒精细图案化的一种简便方法。

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印刷技术是一种利用模板和油墨在基材上实现图案化的重要方法。如果将含有微纳米颗粒的液体作为油墨,利用模板控制液体干燥过程中的颗粒组装,就可以简便快捷地实现微纳米结构的精细组装和图案化近日中国科学院化学研究所团队通过设计微模板诱导液膜破裂,产生图案化的毛细液桥作为液体软模板实现了复合微纳颗粒精细组装。

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图:液体在疏水模板上退浸润实现颗粒分离的组装图案

中科院化学所绿色印刷重点实验室科研人员在以往研究成果的基础上,设计了液体软模板限域颗粒组装的方法。利用光刻硅柱或3D打印模板,与含有微纳米颗粒的悬浮液及基材构筑三明治结构。研究人员观察到受到毛细流的带动,颗粒在液体软模板的限域条件下能够实现组装。颗粒的组装过程经过一个中间态,之后转化形成最终的组装结构。在向最终结构的转化过程中,颗粒的组装行为受到体系粘度的影响。在低粘度体系中,颗粒最终转化为紧密排列结构;在高粘度体系中,颗粒向紧密排列结构的转化受到阻碍,最终形成特殊的锯齿形结构。他们详细研究了多成分颗粒在液桥内的组装过程和影响因素,并建立物理模型系统分析了液体软模板的限域空间和颗粒尺寸的关系对最终组装结构的影响。通过控制模板的尺寸形状、模板的后退角、以及液体的去浸润方向,形成了微纳米颗粒尺寸分选的多种复杂组装结构图案。值得指出的是,该方法对颗粒的组装无需颗粒间的特异性相互作用,因而对于不同材料的颗粒组装具有普适性。

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