[发明专利]制备聚苯乙烯稳定的纳米颗粒和包含其的纳米结构化衬底表面的方法以及所述纳米结构化衬底表面本身和其用途

说明书

发明背景

几微米到几纳米的周期和非周期微米结构化表面用于多种应用，尤其电子和光学组件以及传感器和微米/纳米技术。此类微米/纳米结构化表面的制造通过使用根据所要微米结构的类型适合地选择的已知平版印刷技术来进行。因此，例如，纳米范围中的结构可以用电子束平版印刷术和离子束平版印刷术制造，并且相应系统是市售的。此外，原子束平版印刷术使得大表面周期线条图案和不同二维周期结构可通过控制原子束与光掩膜的相互作用来制造。

然而，因为这些方法具有如下缺陷，即它们在经济上不合理和/或不供应纳米范围中的周期结构和/或可能仅受物理参数控制并且因此需要极其昂贵的装置，所以开发所谓的胶束嵌段共聚物纳米平板印刷术，用所述技术可以制造在10nm与170nm之间的较低纳米范围中具有周期性的纳米结构化表面。

在此方法中，使用有机模板，例如在适合溶剂中与胶束核心壳层系统相联的嵌段共聚物和接枝共聚物。这些核心壳层结构用于定位无机前驱体，具有受控尺寸的无机颗粒可以从所述无机前驱体沉积，所述结构与彼此由聚合外壳空间分隔。核心壳层系统或胶束可以通过简单沉积程序(诸如旋涂或浸涂)以高度有序的单层形式涂覆于不同衬底上。通过气体等离子工艺，无机前驱体还原为元素金属并且同时有机基质移除而无残余物，作为其结果，无机纳米颗粒以其中它们通过有机模板安置的排列固定于衬底上。无机纳米颗粒的尺寸通过既定无机前驱体化合物的称重部分和颗粒之间的横向距离(通过结构)、尤其通过有机基质的分子量来测定。因此，对应于沉积于其表面上所用的各自的核心壳层系统，衬底具有呈有序周期图案的无机纳米簇或纳米颗粒，诸如金颗粒。此胶束嵌段共聚物纳米平板印刷方法(BCML)描述于例如EP 1 786 572B1和Spatz等人Macromolecules1996,第29卷,第3220-3226页中。

然而，通常球形的纳米颗粒用此方法制造，并且难以产生具有不同形状(例如杆、三角形、六角形、骨状、靴状纳米颗粒、角锥、立方体或八方体)的纳米颗粒，所述不同形状在一些应用中可能是优选的，所述应用例如使用等离子共振、表面增强拉曼光谱(SERS)、微球体表面上借助于BCML的荧光探针的传感器应用。

已经已知通过在有机介质中直接合成的聚苯乙烯封端的金纳米颗粒的二维自我构造来产生纳米结构化表面(Yockell-Lelievre等人,Langmuir200723(5),2843-2850)。然而，此方法并不可普遍适用，因为不同于金或不为球形形状的材料的许多纳米颗粒合成仅可能在水性溶剂中进行。

因此，本发明潜在的目的在于提供一种制备纳米颗粒和包含其的纳米结构化表面的替代性方法，关于制造的纳米颗粒的形状和/或材料所述方法比BCML和其他已知技术更通用，并且在于提供具有延伸范围的材料和形状的相应纳米结构化表面。

此目的通过提供根据权利要求1、2、11、13和20所述的方法和根据权利要求24所述的纳米结构化衬底表面来实现。本发明的优选实施方案和其他方面是其他权利要求的主题。

发明描述

本发明涉及制备胶束于有机介质中的溶液的方法，所述胶束包含由至少一种具有展现与所述纳米颗粒的表面的高亲和力的末端锚定基团的聚合物的壳层稳定的纳米颗粒。

在根据权利要求1所述的实施方案中，所要求的方法包括至少以下步骤：

i)提供由第一稳定剂的壳层稳定的纳米颗粒、尤其金属或金属氧化物纳米颗粒的水溶液/分散体；

ii)任选地由第二稳定剂的分子置换所述第一稳定剂的分子；

iii)将在步骤i)或ii)中获得的所述稳定的纳米颗粒转移到锚定基团封端的聚合物于非极性有机溶剂中的溶液/分散体中；

iv)由比所述第一或第二稳定剂的分子具有更高的与所述纳米颗粒的亲和力的锚定基团封端的聚合物分子置换所述第一或第二稳定剂的分子；

v)将所述聚合物稳定的纳米颗粒与非结合聚合物分离。

在根据权利要求2所述的更具体实施方案中，所述制备胶束于有机介质中的溶液的方法，所述胶束包含由至少一种具有展现与所述纳米颗粒的表面的高亲和力的末端锚定基团的聚合物的壳层稳定的纳米颗粒，包括以下步骤：

a)提供由第一稳定剂的壳层稳定的纳米颗粒的水溶液/分散体，所述第一稳定剂在低于或等于250℃的温度下可热降解；

b)将由所述第一稳定剂的壳层稳定的所述纳米颗粒与所述水溶液分离并且将所述分离的稳定的纳米颗粒悬浮于具有末端胺基并且具有高于所述第一稳定剂的降解温度的沸点的脂肪族化合物或烯烃化合物(它是所述第二稳定剂)中；