[发明专利]连接至驻极体基板的胶体纳米颗粒的微观结构/纳米结构和生产这种微观结构/纳米结构的方法

说明书

本发明涉及以连接至驻极体基板的胶体纳米颗粒的单层或多层组件形式存在的微观结构/纳米结构(其以紧凑方式排列)，并且涉及制造这些微观结构/纳米结构的方法。

整个正文中，“驻极体材料(electretmaterial)”表示在撤消所述电场之后能够保留由电场诱导的电极化至少一段时间的任何材料。

整个正文中，胶体纳米颗粒为固态体(solidbody)，具有1至1000nm的至少一个维度并形成离散相(discretephase)，该离散相分散在具有不同组成的连续或分散的介质中而不被该分散介质溶解。胶体纳米颗粒可以特别地为胶体纳米晶体。

整个正文中，“带电”胶体纳米颗粒表示能够在通过在驻极体基板的表面书写的电荷图案产生的电场的库仑力或电泳力的作用下被捕获的任何带电的胶体纳米颗粒。

整个正文中，“可极化的中性”胶体纳米颗粒表示任何电中性或拟中性胶体纳米颗粒，其当经受外电场的作用时能够被电极化并且在通过在驻极体基板的表面书写的电荷图案产生的电场的介电泳力的单独作用下能够被捕获。

具有六角单元晶胞并且掺杂镧系元素的NaYF₄胶体纳米晶体已经显示其极大优势，因为该胶体纳米晶体具有将低能量的近红外辐射有效转换为更高能量的发光的可见辐射的能力，该类型的转换根据升高的频率已知被称为上转换(up-conversion)或转换。除了由独特的光学性质提供的吸引力(例如狭窄的发射带、激发态的长寿命和稳定的光子反应)之外，掺杂Ln³⁺镧系元素的NaYF₄胶体纳米晶体的上转换显示在固体激光器、低强度红外成像、传感器、安全标记、显示器和光伏器件领域的应用前景。

为了开发掺杂镧系元素的NaYF₄胶体纳米晶体的光学性质，发展了几种在表面上使胶体纳米晶体组装为微图案的方法。这些没有在表面书写电荷图案的方法是例如结合通过滴水的“图形吹制”的机械微接触(μCP)、使用化学放大反应的图案的光形成(photoformation)，使用聚苯乙烯球体的毛细微模塑(MIMIC)，或胶体平版印刷。

然而，这些方法显示以下缺点：(i)没有控制并且没有精确掌控胶体纳米晶体组件的高度，(ii)产生的胶体纳米晶体的图案的空间分辨率受限制，(iii)图案的几何形状受限制并且包含缺陷，(iv)实施方法的持续时间长和(v)不能生产空间控制的具有两种类型的纳米晶体(二元组件)的微图案。

许多年来，已证明原子力显微镜(AFM)纳米静电印刷术为在表面上制造胶体的定向组件的新技术。

该技术使用通过AFM针尖在驻极体上书写电荷图案以静电捕获来自其分散体的胶体纳米颗粒。

然而，迄今为止，通过该技术产生的组件局限于单层组件并且这些组件通常显示具有不期望的缝隙(其尺寸大于两个相邻纳米颗粒的尺寸)而缺乏紧凑度，因此严重限制了其潜在应用。

Shien-DerTzeng等人在AdvancedMaterials,2006,第18期，第1147-1151页中发表的题为“Templatedself-assemblyofcolloidalnanoparticlescontrolledbyelectrostaticnanopatterningonaSi₃N₄/SiO₂/Sielectret”的综述论文描述了具有高紧凑度的带正电的金纳米颗粒的单层组件。该组件通过在驻极体基板表面书写的负电荷图案和带正电的金纳米颗粒之间施加电泳力作用而获得。

本发明的第一技术问题是获得制造胶体纳米颗粒的定向单层-或多层组件的方法，该单层-或多层组件尽可能紧密堆积以通过不存在不期望的缝隙而改善对于至少第一层的紧凑度的控制，该不期望的缝隙的尺寸为大于或等于两个相邻纳米颗粒的尺寸，优选大于或等于一个颗粒的尺寸。

与第一问题密切相关的本发明的第二技术问题是获得制造两种不同类型的胶体纳米颗粒的定向单层或多层的二元组件的方法，该二元组件尽可能紧密堆积以通过不存在不期望的缝隙而确保对于至少第一层的紧凑度的控制，该不期望的缝隙的尺寸为大于或等于两个相邻纳米颗粒的尺寸，优选大于或等于一个颗粒的尺寸。