基于水滴模板法的金属及聚合物图案化多级阵列的制备研究

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水滴模板(breath figure,BF)法是一种自组装型表面图案化技术,实施过程高效便捷。本课题以微米尺度的BF阵列结构为基础,分别引入两种跨级尺度结构——金属纳米粒子的自组装结构和毫米级图案化阵列结构,与BF结构结合分别构建微纳和毫微多级阵列结构,进而分别实现表面等离子效应基材和区域图案化结构制备的应用目的。通过设计由多步自组装过程所组成的模板化自组装法步骤,制备得到由双金属纳米粒子组装而成的多级图案化阵列结构。首先利用BF法实施条件的控制制备得到具有蜂窝状有序排列的通孔结构的BF薄膜,以BF通孔膜为结构掩膜,通过离子溅射在固体基底上制备得到有序排列的铂斑块阵列,并进一步作为诱导组装基底,利用溶液环境下的还原过程实现了纳米金粒子的选择性原位沉积,最终制备得到双金属图案化多级阵列结构。研究了包括基底修饰基团类型、铂斑块沉积厚度、金还原反应物配比等不同的实验条件因素对于双金属多级结构形成的影响。以4-氨基苯硫酚作为探针分子,证实了所获得双金属纳米粒子图案化阵列结构具备良好的表面增强拉曼散射(SERS)性质,具有低至10-9 mol L-1的检测能力,并且可以在大尺度范围内实现SERS性能的高重现性。通过模板材料复刻的方式制备得到了毫米尺寸单元结构的预图案化聚合物基底,并利用水滴模板直接致孔(st-BF)法分别在聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)和聚乳酸(PLA)的预图案化结构基底上进行了致孔研究。st-BF法是将溶剂直接施加于预图案化的聚合物材料表面,结合温湿度条件的控制,实现聚合物材料原位生成规则多孔的BF阵列结构。对于PMMA预图案化基底材料,研究了不同溶剂对所制得材料表面的多孔形貌的影响;对于PLA预图案化基底材料,研究了不同温湿度条件以及表面活性剂加量对PLA平面膜致孔效果的影响,结果表明能够稳定制备得到聚合物基多级结构。通过控制不同预图案化区域内的st-BF致孔效果,该种方法可以制备得到毫微复合的梯度化结构材料。
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