[发明专利]一种石英微针阵列尖端球壳微结构及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种石英微针阵列尖端球壳微结构及其制备方法，属于材料微结构及其制备技术领域。

背景技术

新型微结构将激发新的功能和性能，并在生物、光学、光电、信息等领域等各个领域实现应用。在石英微针阵列（中国专利ZL 200710134575.2）的尖端引入各种材料的球体微结构，可以在许多领域获得应用。例如，由于纤细的石英微针可以做到从几个微米均匀收缩到尖端几十个纳米的针形，如果在其尖端制备一个直径几百个纳米到几个微米的微球，则可形成一个力学的谐振系统，可用于微纳力学的研究与应用。如果在针形尖端的微球材料是电或磁响应的，则这一系统中单个微球或者微球与微球对电场、磁场响应的特性也可应用于电或磁器件中。目前，石英微针阵列尖端球壳微结构的制备是一个技术难点，需要寻求新的制备技术与方法获得石英微针阵列尖端球壳微结构。

发明内容

本发明的目的是提供一种石英微针阵列尖端球壳微结构，使该微结构材料可以在生物、光学、光电、信息等领域获得广泛应用。本发明的另一目的是提供该微结构材料的制备方法。

为了实现上述发明目的，本发明采用的技术方案如下：

一种石英微针阵列尖端球壳微结构，由石英微针阵列和位于微针尖端上的球壳组成；所述微针底端的直径为2-200μm，所述球壳为实心或空心的。

所述球壳材料为有机、无机或金属材料中的一种或几种组合。

本发明所述的石英微针阵列尖端球壳微结构的制备方法，包括以下步骤：

（1）在底端直径为2～200μm的石英微针阵列尖端表面通过喷涂、浸渍、浸蘸、旋涂等方法或其组合，包覆一层50nm～50μm厚度的聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）、聚苯乙烯（PS）或松香等被有机溶剂溶解或加热后粘度小的聚合物薄膜；

（2）将包覆聚合物的石英微针阵列通过热熔、溶剂蒸汽处理或其组合的方法处理使聚合物在微针尖端形成球形微结构；

（3）将该球形微结构表面通过化学镀、电镀、溶胶凝胶法、溅射、涂覆、或以上方法任意组合，包覆一层厚度为10nm～50μm的有机、无机或金属薄膜，即得石英微针阵列尖端实心球壳微结构；

（4）通过溶剂浸泡或灼烧等方法去除壳层内部的聚合物材料，即得石英微针阵列尖端空心球壳微结构。

本发明与现有技术相比，其显著优点是：（1）可获得新型的石英微针阵列尖端球壳微结构；（2）成本低廉，无需大型仪器，工艺简单可靠。

附图说明

图1是本发明石英微针阵列尖端球壳微结构的制备示意图。其中，步骤1）：石英微针阵列尖端包覆聚合物；步骤2）：适当条件处理使聚合物形成球形；步骤3）：球体表面进行包覆；步骤4）：去除球壳内部聚合物。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细的描述。

本实施例中使用的石英微针阵列是利用专利ZL20071 0134575.2中描述的方法制得的。

实施例1：在直径为10μm的石英微针阵列尖端表面浸蘸包覆一层1μm厚度的松香，然后在110℃进行热处理，聚合物即在微针尖端形成球形微结构。然后将该球形微结构表面溅射一层银薄膜，即得石英微针阵列尖端实心银球壳微结构；或者通过乙醇浸泡去除壳层内部的松香，即得石英微针阵列尖端空心银球壳微结构。

实施例2：在直径为2μm的石英微针阵列尖端表面通过浸渍包覆一层50nm厚度的松香，然后在130℃进行热处理，聚合物即在微针尖端形成球形微结构。后将该球形微结构表面溅射一层厚度为10nm的金薄膜，即得石英微针阵列尖端金实心球壳微结构；或者通过丙酮浸泡去除壳层内部的松香，即得石英微针阵列尖端空心金球壳微结构。

实施例3：在直径为200μm的石英微针阵列尖端表面旋涂包覆一层50μm厚度的聚甲基丙烯酸甲酯，三氯甲烷蒸汽处理使聚合物在微针尖端形成球形微结构。将该球形微结构表面通过溶胶凝胶法制备一层厚度为50μm的二氧化硅薄膜，即得石英微针阵列尖端二氧化硅实心球壳微结构；或者400℃煅烧去除壳层内部的聚甲基丙烯酸甲酯，即得石英微针阵列尖端二氧化硅空心球壳微结构。

实施例4：在直径为125μm的石英微针阵列尖端表面通过浸蘸包覆一层10nm～50μm厚度的聚苯乙烯（PS），通过热熔处理使聚合物在微针尖端形成球形微结构。将该球形微结构表面通过化学镀包覆一层厚度为10μm的镍金属薄膜，即得石英微针阵列尖端镍实心球壳微结构；或者通过溶剂浸泡去除壳层内部的聚苯乙烯，即得石英微针阵列尖端镍空心球壳微结构。