[发明专利]聚合物纳米森林结构薄膜的制备方法

说明书

本发明提供了一种聚合物纳米森林结构薄膜的制备方法。该聚合物纳米森林结构薄膜的制备方法为：首先将溶解于甲苯溶剂的TMP溶液与聚合物溶液进行一定体积比共混，通过搅拌配置成透明的TMP和聚合物的混合溶液，然后将该混合溶液在基底上旋涂，即在基底上制备一层聚合物纳米森林结构薄膜，通过调节TMP溶液与聚合物溶液的体积比，旋涂速率及旋涂的时间，调控聚合物纳米森林结构薄膜。采用本发明方法制备聚合物纳米森林结构薄膜，可适用于多种聚合物材料，具有原料广泛，普适性强，环境友好，所用设备和制备过程简单，方便快捷的特点。所得聚合物纳米柱薄膜面积较大，取向一致，形貌均匀且可控，是一种性能良好的载体材料。

技术领域

本发明属于采用旋涂法制备纳米结构薄膜的技术领域，具体而言，涉及一种聚合物纳米森林结构薄膜的制备方法。

背景技术

聚合物纳米森林结构的薄膜因其具有大比体表、多孔隙等特殊的表面效应而被广泛应用在生物检测，存储器及光电探测等器件上，其直接影响到器件的工作性能、制备成本以及应用范围。一种原料广泛、普适性强，环境友好，所用设备和制备过程简单，方便快捷的聚合物纳米森林结构薄膜可以有效提高所集成器件的性能并降低制备成本、拓宽应用范围。

目前已经有多种聚合物纳米森林结构薄膜的制备方法被报道出来，包括电子束曝光、纳米小球刻蚀以及溶液旋涂技术，然而这些技术仍然存在很大的缺陷。其中，电子束曝光技术需要依赖贵重设备且属于串行加工，使得聚合物纳米森林结构薄膜的制备变得耗资又耗时，难以实现大面积推广；纳米小球刻蚀技术结合各向异性刻蚀可以并行制备聚合物纳米森林结构薄膜。但单层排布纳米小球的图案化需要苛刻的控制调控，而且难以实现大面积单层纳米小球的排列。由此增加了工艺难度，继而实现该技术在器件中的应用。而溶液旋涂技术虽然操作简单，可以大面积制备纳米森林结构的薄膜，但目前通过该技术能实现纳米森林结构薄膜的材料仅局限于PS和PMMA混合体系。严重影响了其他绝缘聚合物或半导体聚合物纳米森林结构薄膜的发展。

因此，出于聚合物纳米森林结构薄膜普适性制备、调控、加工成本及器件应用等方面的综合考虑，亟待开发一种普适性制备形貌、性能可控的聚合物纳米森林结构薄膜的方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种聚合物纳米森林结构薄膜的制备及调控方法，以解决现有技术尚未能通过简单的旋涂法普适性制备多种以上聚合物纳米森林结构薄膜的问题。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种聚合物纳米森林结构的制备方法，包括以下步骤：

(1)将一定质量的TMP和聚合物材料分别溶解于一定体积的甲苯溶剂中，通过搅拌分别配置浓度相同的TMP溶液和聚合物溶液；

(2)将制得的TMP溶液和聚合物溶液按照一定溶液体积比进行共混，搅拌，得到混合溶液；

(3)将基底依次用丙酮、乙醇和去离子水各超声清洗若干分钟，再用高纯氮气将基底表面液态吹干，之后放入烘箱中烘干；

(4)将烘干后的洁净基底使用紫外臭氧处理3-5分钟；

(5)将步骤(2)中所得的TMP和聚合物混合物在步骤(3)-(4)所述的衬底上进行旋涂，获得聚合物纳米森林结构薄膜。

上述聚合物纳米森林结构薄膜，其特征在于：纳米柱直径在0.1-0.5μm，长度为3-15nm，具有大面积均匀性，沉积在基底上的薄膜厚度在50-100nm。

上述TMP的全称为分子全称为4-羟基-2,2,6,6-四甲基哌啶醇，该分子为一类商业材料，其CAS号为2403-88-5，其结构式为：

所述步骤(1)，(2)和(5)中，聚合物包括聚9,9-二辛基芴(PFO),聚乙烯基咔唑(PVK),聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA),聚苯乙烯(PS),聚3-已基噻吩(P3HT)中的任一种。