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胶体晶体有序微观结构的构筑

姚计敏  
【摘要】:由直径为亚微米、单分散的无机或聚合物的胶体微球通过自组装过程形成的二维或三维的有序排列的聚集体通常被称为胶体晶体或合成蛋白石。胶体晶体作为一种新型的功能材料,在电子、光学、和传感等领域有着非常广泛的应用前景,因此,胶体晶体一直是人们广泛研究的对象。一大批自组装技术发展起来以各种手段构筑胶体晶体。虽然日益完善的自组装技术可以制备大块的、单一晶形的胶体晶体膜,但要实现胶体晶体在器件方面的实际应用还必须在胶体晶体膜内构造各种不同的有序微结构。随着表面图案化技术的不断发展和逐渐走进普通的实验室,人们在胶体晶体的制备过程中引入了各种图案化的表面作为模板来诱导胶体微球的自组装过程以形成具有特定结晶取向、形状和尺寸的胶体晶体。虽然现存的图案化胶体晶体的方法能有效的控制胶体晶体的尺寸、结构和晶形取向,胶体晶体的图案化领域还存在着一些难题有待于解决,这些问题的解决有赖于新技术、新方法的出现。同时,胶体晶体在器件方面的实际应用的实现也依赖于胶体晶体图案化技术的不断发展。 在第二章,我们利用揭起软光刻技术与胶体微球的自组装技术相结合,发展了一种对已完成自组装过程的胶体晶体进行图案化后加工的方法。这一方法摈弃了传统的模板技术,采用PDMS为印章,在每个揭起过程中选择性地把一个 WP=73 单层的紧密堆积的微球从胶体晶体膜层揭走,通过layer-by-layer的揭起过程,实现了对胶体晶体膜的微观结构的精确控制。这一方法也为在PDMS模板表面图案化二维胶体晶体提供了一条有效的途径。我们认为这一揭起软光刻技术为现存的图案化方法提供了一种补充,这一方法还将为基于胶体晶体的器件的设计和构造开辟一条新的道路。 在第三章,我们结合微接触印刷技术和揭起软光刻技术,将覆盖在PDMS印章上的胶体微球作为墨水转移到涂有聚合物膜层的固体基底上,实现了胶体晶体的微接触印刷。在这一改进的微接触印刷技术中,我们使用聚合物膜作为胶水,为“墨水”胶体微球和基底表面提供了一种有效的相互作用,从而实现了胶体晶体在曲面上的图案化而且制备了有序的异质的胶体晶体微观结构。我们认为这一方法为微接触印刷技术中物质的转移提供了一种新的“墨水”和基底之间的相互作用,而且这种方法还将会把微接触印刷技术的应用范围拓宽到基于胶体晶体的器件的制作领域。


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