一种功能纳米膜的直接印刷方法技术

本发明专利技术公开了一种功能纳米膜的直接印刷方法，属于功能材料技术领域。所述方法将选取的各向异性微结构的锥状纤维紧密排列，并将纤维粗端粘接在基底上，并将基底连接到储液池，形成印刷工具；将印刷工具连接到三维移动台，与刷涂平面成5～90度角靠近基底，接触基底后下压0～5毫米，以0～100mm/s的速度移动，制得长度、宽度和厚度均可控的具有光、电或者磁性特性的功能纳米膜。本发明专利技术的可控功能纳米膜可用于光、电或者磁学领域，本发明专利技术的可控功能纳米膜的制备成本较低，原料易得，设备和制作工艺简单，可用于大范围制备。本发明专利技术的功能纳米膜边缘规整，长度、宽度和厚度均连续可调。且膜厚度均匀，成膜性能良好。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开了，属于功能材料
。所述方法将选取的各向异性微结构的锥状纤维紧密排列，并将纤维粗端粘接在基底上，并将基底连接到储液池，形成印刷工具；将印刷工具连接到三维移动台，与刷涂平面成5～90度角靠近基底，接触基底后下压0～5毫米，以0～100mm/s的速度移动，制得长度、宽度和厚度均可控的具有光、电或者磁性特性的功能纳米膜。本专利技术的可控功能纳米膜可用于光、电或者磁学领域，本专利技术的可控功能纳米膜的制备成本较低，原料易得，设备和制作工艺简单，可用于大范围制备。本专利技术的功能纳米膜边缘规整，长度、宽度和厚度均连续可调。且膜厚度均匀，成膜性能良好。【专利说明】
本专利技术属于功能材料
，特别涉及长度、宽度和厚度可控的功能纳米膜及其印刷制备方法和用途。
技术介绍
膜材料，特别是一些具有特殊功能性的膜材料被广泛应用于各个领域。例如集成电路、微电子器件中的绝缘膜；在场效应晶体管、高效太阳能电池中的半导体导电膜；在信息储存中的磁性膜以及光学领域中的反射膜灯。因为其功在发展信息技术、生物技术、能源技术等领域和国防建设上的重要性，功能膜材料被我国列入新材料“十二五”重点扶持专项工程。然而，如何制备这些功能膜材料一直困扰着研究人员。旋涂法(Spin coating)是制备薄膜材料的一种广泛应用的方法。其制备的薄膜厚度可控，设备结构简单且易于操作，加上优良的性价比、节能和低污染等优势，现已广泛应用于各种功能性薄膜的涂覆，但其会造成旋涂液的大量浪费，而且无法精确控制制备薄膜的图案。另一种膜的制备方法是浸涂法(Dip-coating)。这种方法对材料的几何形状具有很强的适应性，对在圆盘、圆筒或不规则物体上制备薄膜具有明显的优势。然而这种方法制备的薄膜膜厚较厚且不易控制。因此该方法不适于制备对薄膜质量要求很高，膜厚较薄且均勻的薄膜。喷墨打印技术(Ink jet printing)是另一种薄膜快速制备技术。其具有打印速度快、非接触、定位精度高等优点，近年来在光电器件领域受到普遍关注。然而喷墨打印设备复杂，墨水可适应性差，需要精确配置，同时喷墨打印的薄膜材料的膜厚和成膜均勻性都存在问题。丝网印刷法(Screen printing)是在上世纪初发展起来的一种在大气下用溶液制备薄膜的方法，是一种广泛用于快速、廉价、大面积沉积染料薄膜的技术，而且很容易在沉积的基底区域定义图案。但是，丝网印刷技术要求制备薄膜所需的溶液具有较高的粘度和较低的挥发性，且制备的薄膜厚度通常大于0.5毫米，印刷的薄膜不是平滑的，同时用肉眼可以看见印刷印迹。由此可见，如何制备均匀可控的功能纳米膜一直是困扰着科研人员的课题。
技术实现思路
本专利技术的一目的在于提供具有长度、宽度和厚度均连续可控的具有光、电或磁性特性的功能纳米膜。本专利技术的再一目的在于提供一种效率高且简单便捷的可控功能纳米膜的直接印刷方法。本专利技术的另一目的在于提供可控功能纳米膜的用途。本专利技术以各向异性微结构的锥状纤维作为材质，将这种各向异性微结构的锥状纤维平行排列构筑一个简单便捷的书写工具，每一根各向异性微结构的锥状纤维具有直径渐变的锥形结构，且表面覆盖有梯度排列的定向结构。所述的各向异性微结构的锥状纤维排列方式为平行紧密排列，锥状纤维的粗端粘接到一个基底(如玻璃片)上，锥尖端向基底(玻璃片)边缘外伸展0.5?I厘米。在本专利技术中，液体在平行排列的各向异性微结构的锥状纤维之间在拉普拉斯力(Laplace force)、各向异性粘附力(Asymmetrical retention force)和重力作用下平衡。当液滴在平行的各向异性微结构的锥状纤维之间时，由于各向异性微结构的锥状纤维的锥形结构诱导的拉普拉斯压差会产生指向纤维根部的力的作用，从而使得液体在这种各向异性微结构的锥状纤维中具有储存的作用。同时，由锥状纤维的定向结构作用产生的各向异性驱动力会产生指向锥状纤维尖端的力。液体在拉普拉斯力、各向异性粘附力和重力这几个力的综合作用下保持平衡，从而使得大量的墨水可以高效的动态存储在各向异性微结构的锥状纤维之间。将这种由各向异性微结构的锥状纤维构筑的直接印刷装置接触平滑的基底(如纸、硅片和玻璃等)时，由于基底和液体表面的粘附作用使得原来的力学平衡被破坏，液体便会稳定可控的流下，从而在基底上形成均匀可控的纳米功能膜。本专利技术的可控纳米功能膜的制备方法包括以下步骤:(I)选取各向异性微结构的锥状纤维(优选锥状纤维长度为I?5厘米)，分别使用丙酮、酒精和水超声一定时间(优选I?15分钟)，清洗干净，常温晾干；(2)将步骤(I)得到的各向异性微结构的锥状纤维(2?10000根)紧密排列，并将纤维粗端粘接在基底如玻璃片上，并将基底连接到储液池，形成印刷工具；所述印刷工具的制备可以是:首先将锥状纤维粗端固定到玻璃片或者其他硬质片形成的基底上，锥状纤维尖端向基底边缘外伸展0.5?I厘米。然后将整个基底放入一个橡胶管中，并将使用石蜡堵住封口。将橡胶管里面注入液体材料构成一个储液池。(3)将功能分子(具有光、电或者磁性特性的分子)加水(或有机溶剂)配成溶液，制成功能分子溶液，注入储液池；(4)将步骤(2)得到印刷工具连接到三维移动台，与刷涂平面成一定角度(优选5?90度)靠近平滑的玻璃片基底，接触基底后下压一定高度(优选O?5毫米)，以一定的速度(优选O?100mm/S)移动，便制得长度、宽度和厚度均可控的具有光、电或者磁性特性的功能纳米膜。本专利技术的可控功能纳米膜可用于光、电或者磁学领域，如可用于制备场效应晶体管、太阳能电池的半导体膜、印刷电路和信息存储膜等领域。本专利技术的可控功能纳米膜的制备成本较低，原料易得，设备和制作工艺简单，可用于大范围制备。本专利技术的功能纳米膜边缘规整，长度、宽度和厚度均连续可调。且膜厚度均匀，成膜性能良好。本专利技术通过并排的各向异性微结构的锥状纤维制备的功能纳米膜相对于旋涂法来说，制备的功能纳米膜图案精确可控。且相比浸涂法膜厚可控，相比喷墨打印技术来说，对于墨水的适用性强，而且不需要复杂仪器，相对于丝网印刷来说，本方法可精确制备纳米膜或者微米膜。相对于传统的刷子涂刷工艺只能涂刷高粘度的涂料比，本方法适应性强，特别适宜粘度很低的液体功能材料，是一种操作简单，可用于精确制备功能纳米膜。【专利附图】【附图说明】图1是本专利技术实施中直接印刷方法示意图；图2是本专利技术实施中各向异性微结构的锥状纤维的表面形貌图；图3是本专利技术实施中通过不同各向异性微结构的锥状纤维根数制得的功能膜的光学图片。【具体实施方式】下面给出本专利技术的实施例，并通过实施例对本专利技术进行进一步的具体描述。有必要在此指出的是，实施例只用于对本专利技术作进一步说明，不能理解为对本专利技术保护范围的限制，该领域的技术熟练人员可以根据上述本专利技术的内容做出一些非本质的改进和调整进行实施，但这样的实施应仍属于本专利技术的保护范围。下面根据具体的实施例详细说明本专利技术。实施例1(I)取Icm长度的各向异性微结构的锥状纤维分别使用丙酮、酒精和水超声5分钟，清洗干净，常温晾干；如图2所示，每一根各向异性微结构的锥状纤维具有直径渐变的锥形结构，且表面覆盖有梯度排列的定向结构，如图2所示，各向异性微结构的锥状纤维的具体结构为:纤维的主体为具有多糖和蛋白结本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：刘欢，汪前彬，江雷，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：