[发明专利]一种基于计算机模拟的热处理辅助自组装胶态晶体及其制备方法

权利要求书

1.一种基于计算机模拟的热处理辅助自组装胶态晶体，其特征在于，该晶体通过建立用于门特卡罗算法的优化胶态晶体工艺参数的物理模型，并通过该模型模拟预言最优的自组装温度等工艺参数；同时结合匀胶法，调控组装小球晶体时的其他若干参数，获得大面积的胶态单晶。

2.根据权利要求1所述的基于计算机模拟的热处理辅助自组装胶态晶体，其特征在于，所述胶态晶体工艺参数的物理模型和门特卡罗算法表述建立步骤如下：

第一步设定初始构型（初态）：

1)成核点：随机在网格中选择某些格点，作为成核点；

2)占据格点：以一定的概率占据格点，均匀分布；格点可以分为三类：未占据（0），占据且周围全部占据（2），本身占据且周围只有部分占据（1）；

第二步演化规则：

1)随机在占据格点中选择一个周围有空位的格点（label为1的点）；

2)找到所选格点最近的成核点；

3)计算占据格点到周围空位的迁移概率，以P=exp[-(U-U_c)/kT]为权重，其中U=U₀*ln(r),Uc=U₀*ln(r_c),认为U₀是与温度有关的函数，U_c是移动前胶态晶体阵列的势能，U是移动后的势能，k代表玻尔兹曼常数，T代表组装温度，r_c是格点与成核点间的距离；ln(r)的形式是考虑到粒子间所有相互作用，毛细作用力的势能占最主要作用；列出所有可能的迁移方向并按概率选出一个方向；

4)计算可能的迁移方向，如果势能有所减小，则接受这次试探行走；如果能量增加，则以P=exp[-(U-U_c)/kT]为接受概率；即所述接受概率为min{1,exp[-(U-U_c)/kT]}；

5)如果有所移动，计算移动所产生的能量变化，监测能量变化，并重新标记移动涉及的各个格点；

6)重复以上步骤，直至能量基本不再变化时即得出最优参数。

3.一种自组装胶态晶体的制作方法，其具体步骤如下：

（1）对基底按标准的RCA程序进行清洗；

（2）把清洗干净的基底放入过氧化氢和浓硫酸的混合液中进行亲水化处理；

（3）把直径为100nm～3μm小球分散在分散系中，该液体与基底和小球浸润并且不易挥发，获得特定浓度的胶液；

（4）利用基于胶态晶体工艺参数的物理模型的门特卡罗算法模拟出适合的自组装温度；模拟时，输入小球的直径R，U₀，能量不再变化判据δ，然后输入不同的组装温度T观测得到模拟结果，找到最佳的组装温度；

（5）把基底放在匀胶机中涂覆胶液薄膜，匀胶机的转速和匀胶时间可调；

（6）整个装置放在恒温的装置中，温度控制为25～90℃；

（7）干燥后，取出样品，从不同角度可以看到各种色彩的胶态晶体。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述小球为聚苯乙烯小球、二氧化硅小球或其他微米或者纳米球状物体。

5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述分散系为乙醇，水，乙醇和乙二醇的混合物。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述分散系中乙醇和乙二醇的体积比为10:1～5:1。

7.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，步骤（5）中所述匀胶机的转速为0-9000转/分钟和匀胶时间0-90秒可调。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，步骤（5）中所述匀胶机的转速为100-8000转/分钟和匀胶时间为5-85秒。

9.一种通过优化胶态晶体工艺参数的数学模型，及其组装得到的胶态晶体在纳米印刷术，光电子学，数据存储，生物传感，表面等离子体和光子晶体等领域的应用。