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1、2009年第54卷第6期:717~728《中国科学》杂志社专题www.scichina.comcsb.scichina.comSCIENCEINCHINAPRESS基于自组装胶体晶体构筑有序微结构*张俊虎,杨柏吉林大学超分子结构与材料国家重点实验室,长春130012*联系人,E-mail:byangchem@jlu.edu.cn2008-11-20收稿,2008-12-14接受国家自然科学基金(批准号:20534040,200874039)和国家重点基础研究发展计划(编号:2007CB936402)资助项目摘要有关胶体晶体自组装以及以胶体晶体为模板制备有序图案化微结构方面
2、的研究,由于关键词方法简便、结构多样、重复性好等优点,近年来受到越来越多的关注.本文系统总结了我们在自组装胶体微球和胶体晶体领域开展的研究工作,主要包括:无机或聚合物胶体微球的设计制备、纳胶体晶体微结构米复合及功能化;结合聚合物材料可溶涨、可拉伸、热形变等特性构筑图案化胶体晶体、非球图案化形对称胶体晶体、非紧密堆积胶体晶体等特殊结构;以胶体晶体为模板制备三维大孔骨架、纳纳米材料米环、纳米碗阵列等有序微结构等.在微米和纳米尺度上实现材料表面结构和性质配的可见光及近红外光的布拉格衍射,从而具有特的微加工或图案化,对现代科学技术的发展有着重定的光学衍射和光带隙性质,在光子晶体、
3、光调制、[3,4]要的意义.许多现代技术的发展都来源于新型微结光存储、光传感器等领域具有潜在的应用前景.构的成功构造或现有结构的微型化,在集成电路、信为了制备大尺寸、无缺陷、层数可控的胶体晶体,息存储器件、微机电系统、小型传感器、微液流器件、目前已经发展了许多胶体晶体的制备技术,如重力生物器件和微型光学元件等领域中,更快响应速度、等外场作用下的沉积技术、物理限制技术、垂直沉积[5]更廉价成本、更低能耗和更优性能的实现就是得益于技术、静电组装技术等.而要实现胶体晶体在器件近年来高速发展的微加工或图案化技术.与此同时,方面的实际应用,必须使之具有特定的微观结构甚微加工技术的发
4、展也为微观和介观尺度范围中所发至是晶格结构,因此借助各种物理、化学方法对胶体生的物理、化学和生物现象的研究提供了契机.近年晶体进行微观结构的控制一直是一个重要的研究课来在光刻、电子束刻蚀、离子刻蚀、气相沉积等物理题.利用各种物理、化学的方法在固体基底表面构造微加工技术快速发展的同时,利用化学自组装技术出纳米或微米尺寸的物理结构,或是修饰上不同的构筑有序微结构也受到了人们越来越多的关注.化学性质,并以此表面为模板诱导胶体微球在表面从20世纪80年代开始,有关胶体晶体自组装方的特定区域进行自组装,可以得到复杂图案化结构[6~8]面的研究逐步兴起,并逐渐发展成为纳米科学和微的胶
5、体晶体.胶体晶体还可以作为模板用于构筑[1,2]观有序结构研究领域的一个重要研究方向.直径大孔有序结构.在胶体晶体的空隙中填充其他聚合在亚微米或纳米级别、尺寸单分散的无机或聚合物胶物、无机材料以及复合材料等,再通过选择刻蚀方法体微球,在重力、静电力或毛细力等作用下可以自组除去胶体晶体模板,就可以得到反相胶体晶体,在光[9]装形成二维或三维的紧密堆积排列,这些有序排列学、催化、传感等领域具有重要用途.此外,结合的微球聚集体通常被称为胶体晶体.胶体晶体是一物理和化学沉积、选择性刻蚀等技术,胶体晶体还可种新兴的功能材料,由于胶体微球与介质通常存在以作为模板来构筑三维或二维的有序
6、结构,进一步[10]折射率的差异,胶体微球的有序排列造成材料内部推动了图案化技术研究的深入发展.折射率的周期性变化,可以引发与其周期尺度相匹我们研究组在胶体微球和胶体晶体领域开展了引用格式:张俊虎,杨柏.基于自组装胶体晶体构筑有序微结构.科学通报,2009,54(6):717~728ZhangJH,YangB.Fabricationoforderedmicrostructuresbasedonself-assembledcolloidalcrystals(inChinese).ChineseSciBull(ChineseVer),2009,54(6):717—728200
7、9年3月第54卷第6期系统的研究工作,本文对这方面的研究工作进行总相容性.通常具有不同表面性质的聚合物微球可以结,主要包括:无机及聚合物胶体微球的设计制备、根据不同需要利用乳液聚合等方法来获得,我们基纳米复合及功能化;利用揭起转移技术进行二维胶于无皂乳液聚合成功地制备了表面富集功能基团的体晶体可控组装、图案化组装及非紧密堆积组装;利交联聚合物微球(图1(a)),主要有表面富集羧基和季用双基片垂直沉积等技术制备三维胶体晶体及其转胺盐基团的交联聚苯乙烯微球,并在此基础上研究[12,13]换为非球形胶体晶体;以胶体晶体为模板制备三维
