[发明专利]一种利用沟槽引导的单列纳米球自组装方法

说明书

技术领域

本发明属于微纳加工技术领域，涉及一种利用沟槽引导的单列纳米球自组装方法。 

背景技术

目前，纳米颗粒材料已成为纳米材料的重要组成部分。纳米球自组装技术在近年来得到广泛研究，它是一种价廉而且具有并行处理能力的技术。其主要工艺是将具有相同大小和形状(通常是球形)的胶粒排布在经过处理的具有良好亲水性的平整基片上，一般情况下，这些胶粒在基片表面上是随机排布的，按照势能最小原理，一般组合形成六边形排布，也有报道用大小不同的纳米球混合组装后形成大小球混合排布，或者通过去掉小球后形成大球的四边形排布的各种方法。或者采用多层纳米球组装后，形成复杂的结构。也有报道用圆柱形、方形、三角形的孔作为模板的辅助自组装方法，利用与沟槽大小成一定比例的纳米粒子，可以将其排列成为梅花状、四边形、三角形等形状。上述各种方法都相对比较复杂，加工工序较多。并且大都是针对多个纳米球集合排布的，对单列纳米球的排布未见有相关的研究方法报道。 

近年来，随着微纳加工技术、纳米材料和近场显微测试技术的迅速发展，加州理工学院Edwards等[Nature Materials 2，229-232]提出了基于表面等离子体的金属纳米波导的概念，实现了在纳米量级尺度上传输可见光信号。这种具有重要应用前景的突破衍射极限可在远小于波长的空间尺度上传输电磁信号的新技术，需要研究不同大小、不同排布方式的单列金属纳米粒子之间的耦合模式、能量分配、转弯性能等，这就给纳米粒子制备技术提出了新的挑战。另外生化传感对各种排布的纳米粒子间的电磁特性需要开展深入研究，以获得更高的传感灵敏度；如何能实现单列特定排布的纳米球排布成为研究的热点和难点。 

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提供一种利用沟槽引导的单列纳米球自组装方法，可以实现所需的特定纳米球排布，为纳米波导等需要研究单列金属粒子的直角转弯性能、分支能量分布以及欧姆衰减、光模式与非辐射模的转换提供了条件和技术支撑，为研究如何在在纳米尺度实现光电集成回路开辟了新的道路。 

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种利用沟槽引导的单列纳米球自组装方法，其特征在于：首先选择基底；然后在其表面制作出引导沟槽；对基底进行亲水化处理，涂敷纳米球，采用自组装并通过沟槽的约束、引导在基底上排列纳米球，实现与沟槽的形状一致的单列纳米球排布；其中所述沟槽宽度和深度小于，或等于，或大于所述纳米球的直径。 

所述的基底为石英、或K9、或硅、或硒化锌、或锗材料。 

所述的纳米球是玻璃球、或聚苯乙烯微球、或聚合物微球，纳米球直径为50nm-7000nm。 

所述的沟槽宽度和深度小于，或等于，或略大于纳米球直径。 

所述的沟槽剖面根据使用的具体要求可以为矩形槽，或圆形，或梯形槽，或V形槽，或燕尾形槽；一方面，对槽的加工要求不高，可以采用多种方法实现；另一方面不同形状的沟槽对纳米球的稳定性影响大。 

所述的沟槽外形可以是直线，或曲线、或三角形，或多边形，或上述图形的组合，可以实现不同形状的排布方式，满足不同的应用需求。 

所述的沟槽口径可以一致、或呈由小到大变化、或呈由大到小变化满足不同的应用需求。 

所述的沟槽是通过电子束、干涉光刻经干法或湿法腐蚀后形成，或是聚焦粒子束直接制作，或是用纳米压印的方法复制得到，或是用机械加工的方法制作。 

所述的沟槽可以通过分区控制实现多通道单列纳米球自组装，分区既可相通，也可分立，用以实现需求的多种独立、组合排布。 

本发明与现有技术相比所具有的优点是：本发明所采用的方法不需要复杂设备，具有成本低、效率高、工艺简单等显著特点，是一种有效的单列纳米球自组装技术，为实现特定排布的纳米金属颗粒制作提供了一种简单实用的新方法。通过本发明的方法所获得的纳米球排布为纳米波导等需要研究单列金属粒子的直角转弯性能、分支能量分布以及欧姆衰减、光模式与非辐射模的转换提供了条件和技术支撑，为研究如何在纳米尺度实现光电集成回路开辟了新的道路。 

附图说明

图1是本发明实施例1中采用宽度略小于纳米球的矩形沟槽引导法控制纳米球排布的剖面图； 

图2是本发明实施例1中采用外形为环形的沟槽引导实现纳米球的环形排布的示意图； 

图3是本发明实施例2中采用V形沟槽引导控制纳米球排布的剖面图； 

图4是本发明实施例2中采用外形为三角形的沟槽引导实现纳米球三角形排布的示意图；