[发明专利]一种将无序微纳米纤维打印成有序排列纤维阵列的方法

说明书

技术领域：

本发明属于静电纺丝和微纳米电子器件技术领域，涉及一种用于纳米电子器件和光电器件的有序排列微纳米纤维制备方法，特别是一种采用滑移打印技术将静电纺丝制备的无序微纳米纤维打印成有序排列纤维阵列的方法。

背景技术：

制备和组装有序排列的纳米线/纤维是目前纳米技术和纳米器件的重要研究方向之一。因为有序排列的微纳米纤维阵列取向性好，与单根纳米线/纤维器件相比，更容易实现纳米器件的大规模组装、集成化和实用化；与无序排列的纤维薄膜相比，有序纳米线/纤维阵列在力学、电学、光学等方面表现出更优异的性能，在高频场效应晶体管(ACS Nano 2010；4：5855)、气体传感器(Sensors and Actuators B2010；145：232)、人工皮肤(Nature Materials 2010；9：821)、纳米发电机(Nano Letters 2010；10：3151)、太阳能电池(Applied Physics Letters2008；92：183107)、光学偏振器件(中国专利申请号：200810018826.5)等方面都有广阔的应用前景。目前报道的纳米线/纤维组装方法主要有微流体组装(Science 2001；291：630)、电场/磁场辅助组装(Applied Physics Letters 2000；77：1399.Chemistry of Materials 2005；17：1320)、LB膜技术(Nano Letters 2003；3：1255)、气泡膨胀技术(Nature Nanotechnology 2007；2：372)、滚动/接触打印(Applied Physics Letters2007；91：203104.Nano Letters 2008；8：20)等。此外，中国专利(申请号：200910025626.7)还公开了一种利用静电纺丝纤维作为模板从溶剂中组装一维纳米线阵列的方法。

现有的纳米线和纳米纤维的制备方法有很多，例如化学气相沉积、模板法、化学自组装法、静电纺丝等；静电纺丝技术是一种制备微纳米纤维的简单易行的方法，其主要特点是设备简单、易操作、实验成本低且适用于许多不同种类的材料，静电纺丝制备的微纳米纤维直径范围在几个纳米到几个微米之间，纤维产率较高；但是常规的静电纺丝装置制备的微纳米纤维是以无纺布的形式存在的，纤维排列是无序的，这限制了电纺纤维在纳米电子器件和光学器件等某些方面的应用。近年来，研究人员通过改进传统静电纺丝装置，成功提高了电纺微纳米纤维的有序排列程度，已公开的方法有滚筒收集、平行电极或狭缝收集、框架收集、辅助外电场或磁场收集等。例如，专利申请人课题组报道了一种狭缝和台阶收集的方法(Chinese Physics Letters2008；25：3067)，还提出了一种低压离心静电纺丝方法(中国专利申请号：201010184068.1)以及使用复合框架收集技术(中国专利申请号：201110137420.0)来制备有序排列的微纳米纤维。这些方法都是通过对实验装置、特别是对电纺纤维收集装置进行改进来提高纤维的有序性，但是也存在一些问题或限制。例如，这些方法需要对收集屏进行预处理或加工，收集的有序纤维的面积比较小，对收集屏的材料有限制，不能随意地大规模地在非导电的柔性或弹性衬底(玻璃片、塑料片、橡胶模、纸片等)上收集有序纤维。

发明内容：

本发明的目的在于克服现有技术存在的缺点，在不改变常规静电纺丝装置的基础上，设计一种能够将无序排列的微纳米纤维转变成有序排列纤维的打印方法，并且扩展目标衬底的适用范围；所采用的滑移打印方法，可大规模地将常规静电纺丝制备的无序微纳米纤维通过接触打印，有选择性地转移到目标衬底上并转变成有序排列的纤维，目标衬底采用硬质硅片和玻璃片，或采用软质塑料片和纸片，有序纤维在目标衬底上的打印位置，以及目标衬底的面积操作可控，利于促进静电纺丝纤维在纳米电子器件，特别是柔性纳米器件方面的应用。