一种纳米线阵列制备方法与流程

本发明涉及纳米结构制备领域，尤其涉及在柔性基底上制备大面积整齐纳米结构阵列的方法。

背景技术：

基于纳米结构阵列的柔性传感器可以通过纳米结构作为敏感单元直接与检测物质相互接触，依靠低维度和纳米的特性提高传感器的性能，具有可便携、功耗低和灵敏度高等特点。近年来纳米科技领域发展迅速，各式各样纳米结构的传感器在工业生产、气体检测、疾病医疗诊断方面发挥着越来越重要的作用。作为该类传感器的核心部件，纳米结构的制备就显得尤为重要。

传统纳米线的制备方法大致可以分成两类在，自下而上法和自上而下法。自下而上法主要依靠分子的自组装在基底上形成纳米线结构，可以形成百纳米以下尺寸的纳米结构，但是这种方法制备的纳米线结构排列混乱，不能构成整齐的纳米线阵列，如图1a所示为不能构成整齐的纳米线阵列。如图1b所示为自上而下法制得的纳米线阵列，通过例如离子束曝光和喷墨打印技术，虽然可以制备整齐排列的纳米结构，但是都需要昂贵的设备设施和复杂的操作步骤，大多数的技术手段与柔性基底并不兼容，而且随着纳米结构尺寸的减小，所需要的工艺步骤就会更加繁琐，成本也就更高，很难在低成本的条件下制备百纳米以下的结构。

因此，目前亟需一种纳米线阵列制备方法，以低成本且高效地实现制备整齐排列的纳米线阵列。

技术实现要素：

有鉴于此，本申请提供一种纳米线阵列制备方法，有利于低成本且高效地实现制备整齐排列的纳米线阵列。

本申请提供的纳米线阵列制备方法，包括步骤：

a、在一衬底表面上旋涂纳米压印胶；

b、将具有纳米结构阵列的模板压印在所述旋涂纳米压印胶的衬底上，以使所述纳米结构阵列转印至所述纳米压印胶上；

c、将被转印有纳米结构阵列的衬底倒置后，将其具有纳米结构阵列的一面与一柔性基底结合，以形成纳米级的微通道阵列；

d、将用于生成纳米线的功能化聚合物溶液滴至所述纳米级的微通道阵列的端口部，以使所述功能化聚合物溶液受到所述微通道的毛细力的作用下，流入至所述微通道中，并在所述微通道中进行自组装，形成纳米线阵列；

e、待所述微通道中的液体挥发，所述纳米线阵列定型完成以后，将所述衬底揭除后以获取具有纳米线阵列的柔性基底。

由上，有利于低成本且高效地实现制备整齐排列的纳米线阵列。

优选地，步骤c中所述衬底与所述柔性基底结合之前还包括：

将所述柔性基底进行等离子体处理。

由上，进行上述处理有利于提高基底与衬底的贴合，以及在纳米线阵列生成时提高基底与纳米线阵列的粘合度。有利于提高纳米线阵列制备的精度。

优选地，所述等离子处理包括：氧气等离子体处理或空气等离子体处理。

优选地，所述将所述柔性基底进行等离子体处理的时间的范围为：30秒至10分钟。

由上，上述的处理时间为较佳的处理时间，有利于提高基底与衬底的贴合，以及在纳米线阵列生成时提高基底与纳米线阵列的粘合度。有利于提高纳米线阵列制备的精度。

优选地，所述将所述柔性基底进行等离子体处理的时间的范围为：1分钟至2分钟。

由上，上述的处理时间为最优的处理时间，有利于提高基底与衬底的贴合，以及在纳米线阵列生成时提高基底与纳米线阵列的粘合度。有利于提高纳米线阵列制备的精度。

优选地，所述纳米压印胶包括：紫外固化纳米压印胶、热塑性纳米压印胶或热压型纳米压印胶。

由上，优选地为热塑性纳米压印胶。

优选地，所述衬底的材质为：聚二甲基硅氧烷。

优选地，所述柔性基底的材质至少包括但不限于以下其一：

聚二甲基硅氧烷、聚酰亚胺、聚对苯二甲酸乙二醇酯、橡胶、纤维素。

由上，所述柔性基底材料制备的柔性基底具有弯曲或拉伸的特性，有利于后续制备的柔性传感器方便附着于被测物体。

优选地，纳米线阵列至少包括但不限于以下其一：直线阵列、曲线阵列、十字交叉阵列和圆柱阵列结构。

由上，不同结构的引入不仅有利于增加后续传感性能的提高，而且还有利于根据不同的应用场景做灵活的调整。

优选地，当所述纳米线阵列为直线阵列时，所述纳米线阵列为在所述柔性基底的表面上形成多个彼此间隔一定距离的长条形的凸起。

优选地，所述长条形的凸起的高度范围为10nm至200nm。

优选地，所述长条形的凸起的高度范围为50nm至100nm。

优选地，所述长条形的凸起的长度范围为100μm至100mm。

优选地，所述长条形的凸起的长度范围为1mm至10mm。

由上，上述高度和长度范围的纳米线阵列，有利于后续基于该纳米线阵列制得的柔性传感器对待测物体的检测。

优选地，所述功能化聚合物溶液至少包括但不限于以下其一：导电聚合物溶液、金属盐离子溶液以及有机纳米材料溶液等。

由上，所述功能化聚合物包括：导电聚合物、金属氧化物或有机纳米材料。上述聚合物自组装后的纳米线阵列，后续基于该纳米线阵列制得的柔性传感器对待测物体的检测。

综上所述，本申请相对于现有技术具有下述的优点：相对于传统的自下而上的方法存在无法制备整齐纳米线阵列的缺陷，本发明使用具有整齐纳米结构的纳米模板进行纳米结构的制备，能够有效避免纳米阵列的不整齐特性。且本申请制备的纳米线阵列精度。相对于传统的自上而下的方法存在成本高、工艺步骤复杂等缺陷，本发明使用简单的压印和毛细自组装的方法进行百纳米以下纳米结构的制备，能够有效避免昂贵设备和复杂步骤带来的高成本问题，并且有利用大规模纳米结构的制备，在大大降低生产成本低的同时，具有便携化的优势。综上，本申请有利于低成本且高效地实现制备整齐排列的纳米线阵列。

附图说明

图1是现有技术在柔性基底上制备的杂乱无序的纳米线的示意图；

图2是本申请实施例在柔性基底上制备的整齐排列的纳米线阵列的示意图；

图3是本申请实施例在柔性基底上制备的另一整齐排列的纳米线阵列的示意图；

图4是本申请实施例在柔性基底上制备的另一整齐排列的纳米线阵列的示意图；

图5是本申请实施例提供的纳米线阵列制备方法的流程示意图；

图6是本申请实施例提供的制备用于生成纳米线阵列的模板示意图。

具体实施方式

下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本申请提供的纳米线阵列制备方法，包括步骤：

s501，在一聚二甲基硅氧烷衬底表面上旋涂纳米压印胶。

s502，将具有纳米结构阵列的模板压印在所述旋涂纳米压印胶的衬底上，以使所述纳米结构阵列转印至所述纳米压印胶上。优选地，所述纳米压印胶包括：紫外固化纳米压印胶、热塑性纳米压印胶或热压型纳米压印胶。更优选地为热塑性纳米压印胶。

s503，将被转印有纳米结构阵列的衬底倒置后，将其具有纳米结构阵列的一面与一柔性基底结合，以形成纳米级的微通道阵列。

优选地，所述柔性基底的材质至少包括但不限于以下其一：聚二甲基硅氧烷、聚酰亚胺、聚对苯二甲酸乙二醇酯、橡胶、纤维素。上述材质的柔性基底具有弯曲或拉伸的特性，有利于后续制备的柔性传感器方便附着于被测物体。

其中，所述衬底与所述柔性基底结合之前还包括：将所述柔性基底进行等离子体处理。所述等离子处理包括：氧气等离子体处理或空气等离子体处理。处理的时间的范围为：30秒至10分钟。优选地，所处理的时间的范围为：1分钟至2分钟。进行上述处理有利于提高基底与衬底的贴合，以及在纳米线阵列生成时提高基底与纳米线阵列的粘合度。有利于提高纳米线阵列制备的精度。

s504，将用于生成纳米线的功能化聚合物溶液滴至所述纳米级的微通道阵列的端口部，以使所述功能化聚合物溶液受到所述微通道的毛细力的作用下，流入至所述微通道中，溶液中功能化聚合物在所述微通道中进行自组装，形成纳米线阵列。

其中，纳米线阵列至少包括但不限于以下其一：直线阵列、曲线阵列、十字交叉阵列和圆柱阵列结构。由上，不同结构的引入不仅有利于增加后续传感性能的提高，而且还有利于根据不同的应用场景做灵活的调整。其中，当所述纳米线阵列为直线阵列时，所述纳米线阵列为在所述柔性基底的表面上形成多个彼此间隔一定距离的长条形的凸起。优选地，所述长条形的凸起的高度范围为10nm至200nm。其中，更优选地，所述长条形的凸起的高度范围为50nm至100nm。优选地，所述长条形的凸起的长度范围为100μm至100mm。其中，更优选地，所述长条形的凸起的长度范围为1mm至10mm。上述高度和长度范围的纳米线阵列，有利于后续基于该纳米线阵列制得的柔性传感器对待测物体的检测。

其中，所述功能化聚合物溶液至少包括但不限于以下其一：导电聚合物溶液、金属盐离子溶液以及有机纳米材料溶液等。所述功能化聚合物包括：导电聚合物、金属氧化物或有机纳米材料。上述聚合物自组装后的纳米线阵列，后续基于该纳米线阵列制得的柔性传感器对待测物体的检测。

s505，待所述微通道中的液体挥发，所述纳米线阵列定型完成以后，将所述衬底揭除后以获取上表面具有纳米线阵列的柔性基底。

如图6所示，为对应上述步骤s502—s503，其中，61表示具有纳米结构阵列的模板，62表示纳米压印胶，62’表示被压印后的纳米压印胶，63表示聚二甲基硅氧烷衬底，64表示柔性基底。

具体地，在实际应用中，可以根据本发明的技术方案提供多种实施例。

如图2所示，根据本发明的一个实施例，提供了一种在柔性基底上制备的大面积、整齐纳米结构阵列。

其中，图2所示的基于柔性基底的整齐纳米结构包括：柔性基底2，大面积整齐纳米结构阵列1。其中，构成柔性基底2材料包括：聚二甲基硅氧烷、聚酰亚胺、聚对苯二甲酸乙二醇酯、橡胶以及纤维素等本领域公知的可以作为柔性基底的材料。优选地，选用聚二甲基硅氧烷或聚对苯二甲酸乙二醇酯作为柔性基底的构成材料。构成整齐纳米结构阵列1材料包括：导电聚合物、金属氧化物以及有机纳米材料等本领域公知的可以构成纳米结构的材料。优选地，选用导电聚合物作为纳米结构的构成材料。

如图3所示，根据本发明的又一个实施例，提供了一种在柔性基底上制备大面积、整齐纳米结构阵列。该实施例中，用作柔性基底的材料与图2中所示的实施例相同。图3所示的实施例与图2中的不同之处在于：纳米结构是一种纳米曲线结构3。

如图4所示，根据本发明的又一个实施例，提供了一种在柔性基底上制备大面积、整齐纳米结构阵列。该实施例中，用作柔性基底的材料与图2中所示的实施例相同。图4所示的实施例与图2中的不同之处在于：纳米结构是一种纳米十字交叉结构4。

综上所述，本申请相对于现有技术具有下述的优点：相对于传统的自下而上的方法存在无法制备整齐纳米线阵列的缺陷，本发明使用具有整齐纳米结构的纳米模板进行纳米结构的制备，能够有效避免纳米阵列的不整齐特性。且本申请制备的纳米线阵列精度。相对于传统的自上而下的方法存在成本高、工艺步骤复杂等缺陷，本发明使用简单的压印和毛细自组装的方法进行百纳米以下纳米结构的制备，能够有效避免昂贵设备和复杂步骤带来的高成本问题，并且有利用大规模纳米结构的制备，在大大降低生产成本低的同时，具有便携化的优势。综上，本申请有利于低成本且高效地实现制备整齐排列的纳米线阵列。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。