薄膜自組裝制備方法及其裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及薄膜制備領(lǐng)域，具體地涉及薄膜的自組裝制備方法及其裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]各類有序周期結(jié)構(gòu)材料在光電器件、光催化、生物傳感、分子的吸附和分離，以及光子晶體等化學(xué)、物理以及生物的眾多領(lǐng)域產(chǎn)生了非常大的應(yīng)用價(jià)值。這些薄膜材料的制備方法主要包括:微加工刻蝕技術(shù)、全息干涉法、光刻法、以及模板-填充法和自組裝方法等。對(duì)于微加工刻蝕技術(shù)、全息干涉、光刻等制備方法來(lái)說(shuō)，其制備工藝復(fù)雜、制備成本昂貴，制備尺寸只有微米量級(jí)等缺點(diǎn)，開(kāi)發(fā)價(jià)廉且具有大規(guī)模生產(chǎn)能力的自組裝工藝方法是多類學(xué)科的研宄重點(diǎn)之一。
[0003]常見(jiàn)的薄膜自組裝制備方法中，以提拉法、旋涂法、自然蒸發(fā)法為代表的方法，所制備的薄膜往往具有成形質(zhì)量差、成形時(shí)間長(zhǎng)、成形面積小等問(wèn)題，往往僅可以用于實(shí)驗(yàn)研宄，無(wú)法滿足大規(guī)模生產(chǎn)的需要。
[0004]Langmuir-Blodgge (LB)膜技術(shù)可將氣-液界面上的單層膜轉(zhuǎn)移至固體模片上，得到二維有序的單層或多層膜，是超薄有序有機(jī)膜研宄領(lǐng)域中應(yīng)用較為廣泛的分子組裝技術(shù)。但是由于常規(guī)的LB膜中分子與基片表面、同層分子間及相鄰層分子間均為范德華力結(jié)合，因而膜對(duì)溫度、時(shí)間、化學(xué)環(huán)境及外壓的穩(wěn)定性弱，影響了它的實(shí)用性；另一方面，在分子設(shè)計(jì)時(shí)，我們既要考慮其容易成膜，又要使所成的膜具有設(shè)計(jì)所要求的物理化學(xué)性質(zhì)，二者往往難以兼得。
[0005]綜上所述，目前尚缺乏令人滿意的、成形質(zhì)量高、成形時(shí)間長(zhǎng)、成形面積大以及可大規(guī)模生產(chǎn)的自組裝制膜技術(shù)，因此，本領(lǐng)域迫切需要開(kāi)發(fā)新的高成形質(zhì)量、長(zhǎng)成形時(shí)間、大成形面積以及可大規(guī)模生產(chǎn)的自組裝制膜技術(shù)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明提供了一種成膜質(zhì)量高、成膜面積大、并可大規(guī)模生產(chǎn)的薄膜制備方法及其裝置。
[0007]在本發(fā)明的第一方面，提供了一種薄膜自組裝制備裝置，該裝置包括:
[0008]盛液?jiǎn)卧妥⑸鋯卧?br>[0009]所述盛液?jiǎn)卧糜谑⒎胖我海?br>[0010]所述注射單元用于將該注射單元中的成膜液注射到所述盛液?jiǎn)卧闹我罕砻嬉孕纬伤霰∧ぃ?br>[0011]所述注射單元的注射角為O?90°。
[0012]在一優(yōu)選例中，所述注射角為注射單元中的液體從所述注射單元射出時(shí)與所述盛液?jiǎn)卧信c液面平行的底面的最小夾角。
[0013]在另一優(yōu)選例中，上述注射單元包括儲(chǔ)液?jiǎn)卧?、輸液?jiǎn)卧凸潭▎卧?，所述?chǔ)液?jiǎn)卧糜趦?chǔ)存成膜液，所述輸液?jiǎn)卧糜趯?chǔ)液?jiǎn)卧械某赡ひ鹤⑸涞剿鍪⒁簡(jiǎn)卧闹我罕砻?，所述固定單元用于固定所述輸液?jiǎn)卧淖⑸浣恰?br>[0014]在另一優(yōu)選例中，所述注射角為儲(chǔ)液?jiǎn)卧械某赡ひ簭乃鲚斠簡(jiǎn)卧涑鰰r(shí)與所述盛液?jiǎn)卧信c液面平行的底面的最小夾角。
[0015]在另一優(yōu)選例中，所述盛液?jiǎn)卧獮槭⒁浩髅蟆?br>[0016]在另一優(yōu)選例中，所述薄膜自組裝制備裝置一次生成一個(gè)單層薄膜。
[0017]在另一優(yōu)選例中，所述薄膜自組裝制備裝置一次生成一個(gè)多層薄膜。
[0018]在另一優(yōu)選例中，所述薄膜自組裝制備裝置一次生成多個(gè)單層或多層薄膜。
[0019]在另一優(yōu)選例中，所述薄膜自組裝制備裝置與可實(shí)現(xiàn)薄膜轉(zhuǎn)移的傳動(dòng)裝置連接。
[0020]在另一優(yōu)選例中，所述注射單元包括至少一個(gè)注射泵和至少一個(gè)與所述注射泵配套使用的注射器，且所述注射泵用于推動(dòng)所述注射器將注射器中的成膜液注射到所述盛液?jiǎn)卧闹我罕砻妗?br>[0021]在另一優(yōu)選例中，所述注射角為注射器中的成膜液從所述注射器的針尖射出時(shí)與所述盛液?jiǎn)卧信c支撐液液面平行的底面的最小夾角。
[0022]在另一優(yōu)選例中，所述注射角為O?90°。
[0023]在另一優(yōu)選例中，所述注射角為O?60°。
[0024]在另一優(yōu)選例中，所述注射角為O?30°。
[0025]在另一優(yōu)選例中，所述注射器的針頭分為相連接的第一端部和第二端部，且所述第一端部和第二端部之間的最小夾角為O?180°。
[0026]在另一優(yōu)選例中，所述注射器的針頭分為相連接的第一端部和第二端部，且所述第一端部和第二端部之間的最小夾角為O?90°。
[0027]在另一優(yōu)選例中，注射器的針頭分為相連接的第一端部和第二端部，且所述第一端部和第二端部之間的夾角為90?180°。
[0028]在另一優(yōu)選例中，所述注射角為60?90°。
[0029]在另一優(yōu)選例中，所述針頭的第一端部和第二端部在同一直線上。
[0030]在另一優(yōu)選例中，所述針頭的第一端部靠近針筒。
[0031]在另一優(yōu)選例中，所述裝置包括兩個(gè)注射泵和至少兩個(gè)注射器，每個(gè)所述注射泵至少配套有一個(gè)注射器。
[0032]在另一優(yōu)選例中，所述裝置包括一個(gè)注射泵和不止一個(gè)注射器。
[0033]在本發(fā)明的第二方面，提供了一種薄膜自組裝制備方法，該方法包括以下步驟:
[0034](a)提供薄膜自組裝制備裝置，該裝置包括:盛液?jiǎn)卧妥⑸鋯卧鲎⑸鋯卧淖⑸浣菫镺?90° ;
[0035](b)將包含成膜微粒的成膜液裝入所述注射器中，將支撐液裝入所述盛液?jiǎn)卧?；?br>[0036](c)運(yùn)行所述裝置，將所述成膜液注射到所述盛液?jiǎn)卧械闹我罕砻?，生成所述薄膜?br>[0037]在另一優(yōu)選例中，所述裝置為權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的薄膜自組裝制備裝置。
[0038]在另一優(yōu)選例中，所述薄膜在氣-液界面生成，其中，所述氣-液界面中的氣指大氣環(huán)境，液指所述支撐液的液面。
[0039]在另一優(yōu)選例中，所述支撐液為去離子水。
[0040]在另一優(yōu)選例中，所述支撐液包括表面活性劑。
[0041 ] 在另一優(yōu)選例中，所述成膜液包括表面活性劑。
[0042]在另一優(yōu)選例中，還包括以下步驟:
[0043](d)將在所述支撐液表面生成的所述薄膜鋪設(shè)到基片的至少一個(gè)主表面上。
[0044]在另一優(yōu)選例中，所述步驟(d)包括:
[0045]將基片放入液面浮有薄膜的支撐液中，撈取所述薄膜到所述基片的主表面；或
[0046]提前將基片放入所述支撐液中，在支撐液表面生成所述薄膜后，利用液面沉降法降低所述支撐液液面，將所述薄膜沉降到所述基片表面。
[0047]在另一優(yōu)選例中，在所述液面沉降法中所述支撐液液面降低的速度為0.1?10mm/min，車交佳地，為 0.5 ?lmm/min。
[0048]在另一優(yōu)選例中，所述基片包括可被氧化的光電材料。
[0049]在另一優(yōu)選例中，所述基片為柔性基片。
[0050]在另一優(yōu)選例中，所述柔性基片包括:PET(聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯)、PEN(聚萘二甲酸乙二醇酯)、PC (聚碳酸酯)、PES (聚醚砜)、PI (聚酰亞胺)、FRP (復(fù)合材料薄膜)，或其組合。
[0051 ] 在另一優(yōu)選例中，所述基片為非柔性基片。
[0052]在另一優(yōu)選例中，所述非柔性基片包括:單晶硅、多晶硅、非晶硅、鍺、砷化鎵、磷化銦，或其組合。
[0053]在另一優(yōu)選例中，所述非柔性基片包括:載玻片、石英玻璃片、導(dǎo)電玻璃片、鋁片、銅片、不銹鋼片，或其組合。
[0054]在另一優(yōu)選例中，所述非柔性基片包括:硅片、玻璃片、石英片、云母片、石墨片、不銹鋼片、聚四氟乙烯片，或其組合。
[0055]在另一優(yōu)選例中，所述基片表面為平面或曲面。
[0056]在另一優(yōu)選例中，所述基片與盛液?jiǎn)卧酌嬷g的夾角為為0°?90°。
[0057]在另一優(yōu)選例中，所述成膜液還包括鋪展劑和分散劑，其中，所述分散劑與所述鋪展劑的體積比為1: 0.1?1:5.0。
[0058]在另一優(yōu)選例中，所述鋪展劑為甲醇、乙醇、丙醇、異丙醇、丙酮、汽油，或其組合。
[0059]在另一優(yōu)選例中，所述成膜微粒的直徑平均為Inm?100 μ m。
[0060]在另一優(yōu)選例中，所述成膜微粒的直徑平均為Inm?5000nm。
[0061]在另一優(yōu)選例中，所述成膜液包括分散成膜微粒的分散劑，較佳地，為去離子水，乙醇，或組合。
[0062]在另一優(yōu)選例中，所述成膜液中成膜微粒的固含量為0.1 %?10%
[0063]在另一優(yōu)選例中，所述成膜液中分散劑與所述鋪展劑的體積比為1:1.0?1:2.0。
[0064]在另一優(yōu)選例中，所述成膜微粒選自:聚苯乙烯微球、聚甲基丙烯酸甲醋微球、Si02m米球、T12納米球、碳納米管、石墨烯、氧化石墨烯、聚苯胺微球、聚吡咯微球、聚3，
4-乙撐二氧噻吩微球、聚苯乙烯磺酸鹽微粒，或其組合。
[0065]在另一優(yōu)選例中，所述成膜微粒包括:聚苯乙烯微球、聚甲基丙烯酸甲醋微球、酚醛樹(shù)脂微球，或其組合。
[0066]在另一優(yōu)選例中，所述成膜微粒包括:聚合物微球。
[0067]在另一優(yōu)選例中，所述注射單元包括至少一個(gè)注射泵和至少一個(gè)與所述注射泵配套使用的注射器、所述成膜液為納米微球溶液，所述成膜液和/或支撐液中含有表面活性劑。
[0068]在另一優(yōu)選例中，所述納米微球溶液的比重小于所述含有表面活性劑的支撐液的比重。
[0069]在另一優(yōu)選例中，所述成膜液的比重大于或等于含有表面活性劑的支撐液的比重。
[0070]在另一優(yōu)選例中，所述成膜液的比重可以大于所述支撐液的比重，也可以小于或等于所述支撐液的比重，兩者之間沒(méi)有限制要求。
[0071]在另一優(yōu)選例中，所述裝置的運(yùn)行包括選自下組的一個(gè)或多個(gè)特征:
[0072]注射角為O?30° ;
[0073]流速為0.05 ?3.0ml/h ；
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