CN102282095A - 微细颗粒结构/基材复合部件及其生产方法 - Google Patents

微细颗粒结构/基材复合部件及其生产方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及具有微结构例如三维隆起结构的微细颗粒结构/基材复合部件，所述微结构由基材上的微细颗粒例如纳米颗粒的集合体形成；以及用于在不需要加热至高温的步骤的情况下生产该复合部件的方法。制备了具有平滑表面的基材(1)，形成了包括沿着该表面布置的微细颗粒(2)的微细颗粒层(4)，并且取代分子(4)结合到微细颗粒(2)上以将微细颗粒层(4)改变成包括被取代分子(4)结合的微细颗粒(2)的微细颗粒集合体层(6)，从而提高相邻的微细颗粒之间的中心到中心距离以形成其中微细颗粒集合体层(6)的一部分从表面隆起的三维微结构(7)，或者降低相邻的微细颗粒之间的中心到中心距离以形成其中微细颗粒集合体层(6)在该表面的一部分中缺失、基材(1)在该缺失部分(8)中暴露的微结构。

Description

微细颗粒结构/基材复合部件及其生产方法
技术领域
本发明涉及包括基材和微结构例如三维隆起结构的微细颗粒结构/基材复合部件，所述微结构由微细颗粒例如纳米颗粒在基材上的集合体形成；以及用于生产该复合部件的方法。
背景技术
近些年来，在目标为极微细材料的科学和技术的发展中，例如纳米科学和纳米技术中，已证实可以通过设计具有约几nm尺寸的原子、分子或其集合体的结构而形成具有多种新的功能和性质的材料和器件。在这种情况下，为了产生期望的功能和性质，重要的是精确控制原子或分子的布置状态和集合状态。
作为满足该要求的材料，具有约几nm的尺寸的微细颗粒即纳米颗粒引起注意。为了更有效地展现纳米颗粒的特征，重要的是纳米颗粒独立地存在并具有良好的可分散性，不存在纳米颗粒的团聚。此外，在该说明书中，1nm至小于1微米的尺寸，典型地约几nm至几十nm，被称为“纳米尺寸”，并且具有纳米尺寸的部件通过添加前缀“纳米”来命名，例如，命名为“纳米颗粒”。
对于用于生产纳米颗粒的方法，已进行了很多研究。目前，通过多种溶液方法或气相方法的合成不仅能够控制颗粒尺寸而且能够形成具有均一尺寸的单分散。特别是，与本体材料不同，具有10nm或更低的颗粒尺寸的微细颗粒不仅具有很大的每单位质量表面积，而且由于尺寸而表现出特定性质，其被称为“量子尺寸效应”。因此，尝试了通过使用多种材料进行合成，并且通过用于阐明新现象的基础研究开发了用于传感器、光学材料、电子材料、电池材料和催化剂的应用。
尽管由纳米颗粒组成的材料和器件的特征可以通过各个微细颗粒所具有的性质确定，但是结合到微细颗粒表面上的材料以及微细颗粒的布置以及此外微细颗粒的集合体的结构和尺寸也经常显著影响所述特征并且贡献于性能的有效改善。
例如，在使用纳米颗粒的光学材料或导体材料中，微细颗粒之间的距离是决定所述特征的重要因素。此外，认为对于传感器而言有利的是具有提高待感知的材料与液相或气相中的纳米颗粒之间的碰撞频率的结构，并且对于催化剂而言有利的是具有提高反应物与纳米颗粒之间的碰撞频率的结构。此外，在以纳米尺寸的催化剂金属微细颗粒为原料的碳纳米管化学气相沉积中，纳米管的布置直接由金属微细颗粒的布置决定(参见例如日本未审查专利申请公布No.2003-183012)。
因此，考虑到微细颗粒例如纳米颗粒的应用，除了微细颗粒的合成以外，用于在基材上布置微细颗粒的技术变得重要。
由平版印刷法和探针描画法(probe drawing)代表的自顶向下微机械加工技术对于微细颗粒也是有效的。例如，可以通过在基材上形成自组织膜的微图案等的方法将微细颗粒选择性地布置在基材上的特定区域，从而使基材具有与微细颗粒具有不同的相互作用的表面，然后将微细颗粒层仅固定到具有强相互作用的表面上。
另一方面，自底向上途径使用一种使用很小的模具的方法，该方法由下述非专利文献1中公开的印入(in-print)方法和下述非专利文献2中公开的微接触方法代表。
引用列表
非专利文献
NPL 1：S.Y.Chou，P.R.Krauss和P.J.Renstrom，Appl.Phys.Lett.，67，3114(1995)
NPL 2：A.Kumar和G.M.Whitesides，Appl.Phys.Lett.，63，2002(1993)
发明内容
技术问题
由平版印刷法和探针描画法法代表的自顶向下微机械加工技术的出色之处在于可以以高再现性稳固地形成微图案，但是具有需要大的装置的问题。另一方面，自底向上途径的有利之处在于可以以低成本形成纳米尺寸的微图案，但是具有可靠性问题，例如模具的耐久性。
用于形成微图案的常规方法与用于半导体的微机械加工的方法是相同的。因此，该方法本质上适合用于在平滑基材上形成纳米颗粒集合体的二维微图案，但是不适合用于生产三维微结构例如中空结构。此外，当这样的方法用作用于形成微细颗粒集合体的微图案的方法时，不能够使用需要加热到高温的步骤的方法，因为当加热到高温时微细颗粒通过加热而彼此熔合。
考虑到这种情况而实现了本发明，本发明的一个目标是提供包括微结构例如三维隆起结构的微细颗粒结构/基材复合部件，所述微结构由微细颗粒例如纳米颗粒在基材上的集合体形成，以及在不需要加热至高温的步骤的情况下生产该复合部件的方法。
技术方案
也就是说，本发明涉及用于生产微细颗粒结构/基材复合部件的方法，该方法包括：
制备具有平滑表面的基材的步骤；
形成微细颗粒层的步骤，所述微细颗粒层包括密切地沿着该表面布置的微细颗粒；以及
将特定的分子结合到微细颗粒上的步骤，以将微细颗粒层改变成微细颗粒集合体层，所述微细颗粒集合体层包括被该特定的分子所结合的微细颗粒，以及
提高相邻的微细颗粒之间的中心到中心距离以形成三维微结构，在该微结构中微细颗粒集合体层在一个区域中从表面隆起，或者
降低相邻的微细颗粒之间的中心到中心距离以形成微结构，在该微结构中微细颗粒集合体层在该表面的一个区域中缺失，并且基材在该缺失部分中暴露。
另外，本发明涉及微细颗粒结构/基材复合部件，其包括：
具有平滑表面的基材；以及
通过在微细颗粒层中将特定的分子结合到密切地沿着该表面布置的微细颗粒上而产生的微细颗粒集合体层，所述微细颗粒集合体层包括被该特定的分子所结合的微细颗粒，以及
提高相邻的微细颗粒之间的中心到中心距离以形成三维微结构，在该微结构中微细颗粒集合体层在一个区域中从表面隆起，或者
降低相邻的微细颗粒之间的中心到中心距离以形成微结构，在该微结构中微细颗粒集合体层在该表面的一个区域中缺失，并且基材在该缺失部分中暴露。
本发明的有利效果
在本发明的用于生产微细颗粒结构/基材复合部件的方法中，首先进行制备具有平滑表面的基材的步骤；以及形成微细颗粒层的步骤，所述微细颗粒层包括密切地沿着该表面布置的微细颗粒。需要使该基材的表面如此平滑以至于相邻的微细颗粒可以充分地彼此接触。然后，如此制备的微细颗粒层与特定的分子反应以将微细颗粒层改变成微细颗粒集合体层，所述微细颗粒集合体层包括被该特定的分子结合到表面上的微细颗粒。在该步骤中，在微细颗粒集合体层中，相邻的微细颗粒之间的中心到中心距离根据该特定的分子的分子长度而改变。
当相邻的微细颗粒之间的中心到中心距离与微细颗粒层中的微细颗粒之间的中心到中心距离相比提高时，微细颗粒集合体层的表面积与微细颗粒层的表面积相比提高。由于微细颗粒集合体层位于与微细颗粒层的面积相同的基材表面上，因此产生应力。结果，微细颗粒集合体层在一个区域中从表面隆起以缓解应力，从而自发形成三维微结构。
此外，当相邻的微细颗粒之间的中心到中心距离与微细颗粒层中的微细颗粒之间的中心到中心距离相比降低时，微细颗粒集合体层的表面积与微细颗粒层的表面积相比降低。结果，具有与微细颗粒层相同的面积的基材的整个表面不能由微细颗粒集合体层覆盖，并且微细颗粒集合体层在该表面的一个区域中缺失，从而自发形成其中基材在缺失部分中暴露的微结构。
如上所述，通过将合适尺寸的特定的分子结合到微细颗粒上，不需要加热至高温的步骤的很简单的工艺使得微细颗粒集合体层可以自发地形成三维微结构，在该微结构中微细颗粒集合体层从表面隆起或者基材在微细颗粒集合体层缺失的区域暴露。三维结构和缺失部分的尺寸和形状根据不同的条件而变化，例如微细颗粒的尺寸和颗粒尺寸分布，微细颗粒层的厚度，特定的分子的结构(长度、大小等)和柔性，以及用于化学改性基材表面的预处理。因此，根据条件的组合，可以在基材表面上形成多种微结构。
本发明的微细颗粒结构/基材复合部件是可以容易地通过本发明的用于生产微细颗粒结构/基材复合部件的方法生产的微细颗粒结构/基材复合部件。当形成其中微细颗粒集合体层从表面隆起的三维微结构时，微细颗粒集合体层具有大的表面积，并在微细颗粒集合体层和基材之间存在很多中空微结构，从而通过合适地选择微细颗粒的材料和/或该特定的分子，该复合部件可以用作使用微细颗粒集合体层的表面物理性质(例如导电性或表面可润湿性)的部件，以及使用微细颗粒集合体层的表面和中空结构作为反应场所的部件，例如传感器或催化剂器件。此外，当微细颗粒集合体层在该表面的一个区域缺失并且基材在该缺失部分暴露时，该部件可以用作其中基材的功能仅在该缺失部分中表现的部件。
附图说明
图1是显示根据本发明一种实施方案的微细颗粒结构/基材复合部件的实例的截面的概念图。
图2是显示微细颗粒结构/基材复合部件的另一个实例的截面的概念图。
图3是显示微细颗粒结构/基材复合部件的再一个实例的截面的概念图。
图4是显示用于生产微细颗粒结构/基材复合部件的步骤流程的示意性截面图。
图5显示代表用于生产微细颗粒结构/基材复合部件的取代分子的实例的结构式。
图6显示代表用于取代分子的后处理步骤的实例的结构式，该步骤追加到用于生产微细颗粒结构/基材复合部件的步骤上。
图7显示本发明实施例1中形成的微细颗粒集合体层的用扫描电子显微镜(SEM)观察到的图像(a，b)，以及用原子力显微镜(AFM)观察到的三维隆起结构的图像(c)。
图8显示本发明实施例1中形成的另一微细颗粒集合体层的SEM观察图像(a)和三维隆起结构的AFM观察图像(b)。
图9显示本发明实施例2中形成的微细颗粒集合体层的SEM观察图像(a)和三维隆起结构的截面的SEM观察图像(b)。
图10显示本发明实施例3中形成的微细颗粒层和多种微细颗粒集合体层的SEM观察图像。
图11显示本发明实施例4中形成的微细颗粒层和微细颗粒集合体层的SEM观察图像。
具体实施方式
在本发明的微细颗粒结构/基材复合部件以及用于生产复合部件的方法中，优选地，将用防止微细颗粒的团聚或熔合的保护膜分子涂布的微细颗粒用作微细颗粒，并且该保护膜分子被特定的分子取代。为了防止微细颗粒的团聚和熔合，通常将用保护膜分子涂布的微细颗粒或者具有形成于其上并由用于改性微细颗粒表面的表面改性剂组成的膜的微细颗粒用作微细颗粒。在该说明书中，在广义上，表面改性剂也视为保护膜分子并包括在保护膜分子中。此外，当在不用保护膜分子涂布的情况下微细颗粒不团聚或彼此熔合时，不一定需要保护膜分子。
此外，作为微细颗粒，优选使用具有纳米尺寸颗粒直径的纳米颗粒。由于纳米颗粒具有非常大的每单位质量表面积，可以有效地在表面上进行反应等，并且可以改善传感器、电极和催化剂的性能。此外，由尺寸导致的特定性质(称为“量子尺寸效应”)，预期作为新的传感器、光学材料、电子材料、电池材料和催化剂的应用。尽管上文已说明，在该说明书中，1nm至小于1微米的尺寸，典型地约几nm至几十nm的，被称为“纳米尺寸”，并且具有纳米尺寸的部件通过添加前缀“纳米”来命名，例如，命名为“纳米颗粒”。
此外，作为该特定的分子，优选使用具有巯基-SH、二硫基-S-S-、异氰基-NC、硫氰基-SCN、羧基-COOH、氨基-NH2、氰基-CN、硒氢基-SeH、碲氢基-TeH或膦基-PR1R2(R1和R2各自为H或有机基团)作为待结合到微细颗粒上的结合点的分子。如下文所述，这些官能团表现出对多种微细颗粒的强烈结合力。
此外，可以使用官能分子作为该特定的分子。
例如，在本发明的微细颗粒结构/基材复合部件中，微细颗粒和官能分子优选具有导电性。在这种情况下，具有形成于其中的三维微结构的微细颗粒集合体层可以优选地用作电极。
此外，优选地，该官能分子是含氟分子，并且微细颗粒集合体层形成超拒水表面。
此外，优选地，该微细颗粒和/或该官能分子具有催化功能，并且具有形成于其中的三维微结构的微细颗粒集合体层充当催化剂。
此外，优选地，基材充当电极，微细颗粒和官能分子缺乏导电性，并且电极在缺失部分中暴露。根据本发明，其中电极在缺失部分中暴露的结构可以在不使用诸如平版印刷的方法的情况下容易地形成。其中很多微电极布置在表面上的这种结构可以用作微电极阵列。在该微电极阵列中，与其中不形成微结构的电极相比，可以提高从溶液向电极的材料供应速率。结果，例如，可以通过使用微电极阵列进行高灵敏度电化学测量，因而该微电极阵列可以用作微分析电极。
在本发明的用于生产微细颗粒结构/基材复合部件的方法中，优选地，微细颗粒层通过涂布法、印刷法、Langmuir-Blodgett法、转印法、浇注法、剥离法或浸渍法形成。
接下来，参照附图详细地具体说明本发明的一个优选实施方案。在本发明的实施方案中，主要描述根据权利要求7和8的微细颗粒结构/基材复合部件以及根据权利要求1和2的用于生产复合部件的方法的实例。
图1(a)和(b)是各自显示根据本发明一种实施方案的微细颗粒结构/基材复合部件的一个实例的截面的概念图，并且图1(x)是显示用作基底的微细颗粒层4的截面的概念图。在图1显示的情况中，微细颗粒层4是单层，并且由微细颗粒层4形成的微细颗粒集合体层6a和6b也是单层。
如图1(x)中所示，首先，将微细颗粒2布置在基材1上，微细颗粒2的表面用保护膜分子3涂布。这是因为纳米尺寸的微细颗粒2具有通过微细颗粒的团聚而形成团聚体的强烈倾向。因此，为了防止微细颗粒2的团聚或熔合，通常使用的微细颗粒2用保护膜分子3涂布，或者具有形成于其上并由用于改性微细颗粒2的表面的表面改性剂组成的膜。在该实施方案中，在广义上，表面改性剂也视为保护膜分子3，并且描述了由保护膜分子3组成的保护膜形成于微细颗粒2的表面上的情况。
需要使基材1的表面如此的平滑以至于微细颗粒层4中的相邻的微细颗粒2可以充分地彼此接触。用保护膜分子3涂布的微细颗粒2密切地沿着基材1的表面布置，例如处于最密堆积状态或者接近最密堆积状态的状态。因此，在微细颗粒层4中，两个相邻的微细颗粒2之间的距离(两个相邻的微细颗粒2的表面之间的最短距离)基本上等于形成于两个微细颗粒2上并由保护膜分子3组成的保护膜的总厚度(各保护膜的厚度的两倍)。因此，可以通过合适地选择保护膜分子3的分子长度而合适地控制两个相邻的微细颗粒2之间的距离。
如此制备的微细颗粒层4与用作特定的分子的取代分子5反应，以通过取代分子5取代保护膜分子并将微细颗粒层4改变成包括微细颗粒2的微细颗粒集合体层6，取代分子5结合于该微细颗粒2上；从而在微细颗粒集合体层6中形成三维隆起结构7或缺失部分8。
每个取代分子5需要具有向微细颗粒2上的至少一个结合点。图1(a)和(b)各自显示了其中取代分子5a和5b各自具有向微细颗粒2上的一个结合点的情况。在这种情况下，各个取代分子5在结合点处结合到微细颗粒2之一上，并在另一末端通过分子间力结合到与相邻的微细颗粒2结合的取代分子5的一个末端。
图1(a)显示了取代分子5a的分子长度比保护膜分子3的分子长度显著地更长的情况。在这种情况下，微细颗粒2之间的距离被进入相邻的微细颗粒2之间的长的取代分子5扩大，因而微细颗粒集合体层6a中的微细颗粒2的中心到中心距离大于微细颗粒层4中的微细颗粒2的中心到中心距离。因此，微细颗粒集合体层6a的表面积也大于微细颗粒层4的表面积。当微细颗粒集合体层6a位于具有与微细颗粒层4相同的面积的基材1上时，不可避免地形成三维形状，其中微细颗粒集合体层6a的一部分不配合到平面上并且部分地隆起。结果，自发地形成具有环形、圆形或蜂巢形的空间三维隆起结构7。
另一方面，图1(b)显示了取代分子5b的分子长度比保护膜分子3的分子长度显著地短的情况。在这种情况下，相邻的微细颗粒2之间的距离被更短的取代分子5b占据，从而降低了微细颗粒之间的距离。结果，微细颗粒集合体层6b中的微细颗粒2的中心到中心距离短于微细颗粒层4中的微细颗粒2的中心到中心距离，并且微细颗粒集合体层6b的表面积也小于原始的微细颗粒层4的表面积。因此，微细颗粒集合体层6b不能够覆盖具有与微细颗粒层4相同的面积的基材1的整个表面，并且微细颗粒集合体层6b在该表面的一部分上缺失。结果，自发地形成微结构，其中在微细颗粒集合体层6b中部分地存在缺失部分8例如裂缝或间隙，基材1在缺失部分8中暴露。
图2(c)和(d)是显示根据该实施方案的微细颗粒结构/基材复合部件的另一个实例的截面的概念图。图2(c)和(d)显示了取代分子5c和5d具有向微细颗粒2上的两个结合点的情况。在这种情况下，一些取代分子5各自在一个结合点处结合到一个微细颗粒2上并在另一个结合点处结合到相邻的微细颗粒2上。以这种方式，当各个取代分子5结合到微细颗粒2上从而将两个微细颗粒交联时，与一个结合点的情况相比形成具有高的机械强度的稳定的微细颗粒集合体层6。与图1中类似，在图2显示的情况中微细颗粒层4是单层，并且由其形成的微细颗粒集合体层6c或6d也是单层。
与一个结合点的情况类似，即使在两个结合点的情况下，根据取代分子5的分子长度形成不同类型的微结构，其可以粗略地分为两种类型。
也就是说，图2(c)显示了取代分子5c的分子长度比保护膜分子3的分子长度的两倍长度(微细颗粒层4中的相邻微细颗粒之间的距离)显著地长的情况。在这种情况下，微细颗粒2之间的距离被进入相邻的微细颗粒2之间的长的取代分子5c扩大，因此微细颗粒集合体层6c中的微细颗粒2的中心到中心距离大于微细颗粒层4中的微细颗粒2的中心到中心距离。结果，微细颗粒集合体层6c的一部分部分地隆起以自发地形成具有环形、圆形或蜂巢形的空间三维隆起结构7。
另一方面，图2(b)显示了取代分子5d的分子长度比保护膜分子3的分子长度的两倍长度显著地短的情况。在这种情况下，由于相邻的微细颗粒2之间的距离被更短的取代分子5d占据，降低了微细颗粒之间的距离，并且微细颗粒集合体层6d中的微细颗粒2的中心到中心距离短于微细颗粒层4中的微细颗粒2的中心到中心距离。结果，微细颗粒集合体层6d不能够覆盖具有与微细颗粒层4相同的面积的基材1的整个表面，并且微细颗粒集合体层6d在该表面的一部分中缺失，从而不可避免地形成微结构，其中在微细颗粒集合体层6d中部分地存在缺失部分8例如裂缝或间隙，基材1在缺失部分8中暴露。
例如，如在上述实例中一样，当将具有由保护膜分子3组成且厚度为约0.6nm的保护膜的金微细颗粒用作微细颗粒2时，保护膜彼此密切接触，相邻的微细颗粒之间的距离(表面之间的最短距离)为0.6nm×2＝约1.2nm。另一方面，当将线性烷烃二硫醇HS(CH2)nSH用作取代分子5时，碳数n为8的辛烷二硫醇的分子长度为约1.2nm并基本上等于该距离。因此，当保护膜分子3被辛烷二硫醇取代时，认为相邻的微细颗粒之间的距离变化最小。相反，当1＜n＜8时，如图2(d)所示，在微细颗粒集合体层6d中形成缺失部分8，而当8＜n(＜20)时，如图2(c)所示，在微细颗粒集合体层6c中形成三维隆起结构7。
图3是显示根据该实施方案的微细颗粒结构/基材复合部件的再一个实例的截面的概念图。图3(y)显示了微细颗粒层4e的截面，图3(e)显示了微细颗粒集合体层6e的截面。该实例是其中微细颗粒层4e具有多层结构的情况，其中微细颗粒2分层为多个层，并且由微细颗粒层4e形成的微细颗粒集合体层6e也具有多层结构。同样，在图3所示的实例中，如图1中所示的实例中那样，各个取代分子5e具有向微细颗粒2上的一个结合点。各个取代分子5具有向微细颗粒2上的两个或更多个结合点的情况可以认为与显示单层的实例的图2中相同。
即使当微细颗粒4具有多层结构时，与单层的情况类似，形成的微结构根据取代分子5和保护膜分子3的分子长度粗略地分为两种类型。即，当取代分子5e的分子长度比保护膜分子3长时，基本上如图3所示，微细颗粒集合体层6e的一部分部分地隆起以形成具有环形、圆形或蜂巢形的空间三维隆起结构7。然而，当微细颗粒层4是多层膜时，该多层膜需要具有如此小的厚度以至于必要量的取代分子5可以从微细颗粒层4的表面渗透到最底层(与基材1接触)。
另一方面，尽管未在图中示出，当取代分子5的分子长度短于保护膜分子3时，通常，在微细颗粒集合体层6中部分地形成缺失部分8例如裂缝或间隙，并且基材1在这些部分中暴露。
作为基材1的材料，可以从金属、半导体和绝缘体中合适地选择任何材料。然而，基材1需要具有如此平滑的表面以至于微细颗粒层4中的相邻的微细颗粒2可以充分地彼此接触。此外，微细颗粒集合体层6中的三维隆起结构7和缺失部分8通过当微细颗粒2的保护膜分子3被取代分子5取代时微细颗粒在基材1表面上的移位形成。因此，产生与微细颗粒的强烈相互作用以至于微细颗粒的移位变得不可能的基材不能用作基材1。
三维隆起结构7和缺失部分8根据基材1和微细颗粒2之间或者保护膜分子3和取代分子5之间的相互作用的强度而变化。因此，当基材1的表面图案化成具有不同性质的两个或更多个区域时，可以形成在各个区域中具有不同的三维结构7或缺失部分8的微细颗粒集合体层6。
微细颗粒2为具有约100nm或更小的直径的纳米颗粒。作为微细颗粒2的材料，可以根据将要形成的微细颗粒集合体层6的性质从金属、半导体和绝缘体中合适地选择任何材料。然而，当具有高导电性的微细颗粒层形成为微细颗粒集合体层6时，需要使用具有约5nm或更大的颗粒直径尺寸的微细颗粒2，因为即使使用由金属组成的微细颗粒，随着直径降低到表现出量子尺寸效应的程度，导电性降低。此外，微细颗粒的尺寸变化越小，越容易形成具有规则结构的三维隆起结构7和缺失部分8。
需要使保护膜分子3和表面改性剂具有比取代分子5和微细颗粒2之间弱的向微细颗粒2的结合强度，以便适合于被取代分子5取代。因此，作为保护膜分子3，优选使用例如脂族胺、脂族酰胺、脂族醇、脂族羧酸、脂族酯和脂族膦。
取代分子5具有的作为向微细颗粒上的结合点的官能团的实例包括巯基-SH、二硫基-S-S-、硒氢基-SeH、碲氢基-TeH、氨基-NH2、膦基-PR1R2(其中R1和R2各自为氢原子或有机基团)、氰基-CN、硫氰基-SCN、异氰基-NC和羧基-COOH。官能团与该官能团能够结合的微细颗粒的组成材料的组合的实例包括：
-SH Au、Ag、Pt、Pd、Cu、Fe、SnS、SnSe、SnTe、PbS、PbSe、
    PbTe、InP、InAs、InSb、GaP、GaAs、GaSb、ZnS、ZnSe、
    ZnTe、CdS、CdSe、CdTe
-S-S-Au、Ag、Pt、Pd、Cu、Fe、SnS、SnSe、SnTe、PbS、PbSe、
     PbTe、InP、InAs、InSb、GaP、GaAs、GaSb、ZnS、ZnSe、
     ZnTe、CdS、CdSe、CdTe
-SeH Au、Ag、Pt、Pd、Cu、Fe、SnS、SnSe、SnTe、PbS、PbSe、
     PbTe、InP、InAs、InSb、GaP、GaAs、GaSb、ZnS、ZnSe、
     ZnTe、CdS、CdSe、CdTe
-TeH Au、Ag、Pt、Pd、Cu、Fe、SnS、SnSe、SnTe、PbS、PbSe、
     PbTe、InP、InAs、InSb、GaP、GaAs、GsSb、ZnS、ZnSe、
        ZnTe、CdS、CdSe、CdTe
-NH2    Au、Ag、Pt、Pd、Cu、Fe、SnS、SnSe、SnTe、PbS、PbSe、
        PbTe、InP、InAs、InSb、GaP、GaAs、GaSb、ZnS、ZnSe、
        ZnTe、CdS、CdSe、CdTe、TiO2、ZnO、In2O3、NiO、VO2、SnO2
-PR1R2  Au、Pd、Pt、Rh、Ni、TiO2、ZnO、In2O3、NiO、VO2、SnO2
-CN     Au
-SCN    Au、Ag、Pt、Pd、Cu、Fe
-NC     Au、Ag、Pt、Pd
-COOH   Au、Ag、TiO2、ZnO、In2O3、NiO、VO2、SnO2
具有这样的官能团并化学吸附于微细颗粒2上的分子也可以用作保护膜分子3或者表面改性剂。然而，在这种情况下，需要使保护膜分子3或表面改性剂具有比随后结合到微细颗粒2上的取代分子5更弱的向微细颗粒2上的结合力，以使得不抑制通过取代分子5的取代反应。
例如，当微细颗粒2是金微细颗粒时，具有氨基-NH2或膦基-PR1R2的分子可以被具有巯基的分子取代，这是因为金和巯基-SH之间的强结合。因此，具有氨基或膦基的分子可以用作保护膜分子3，并且具有巯基的分子可以用作取代分子5。已报导了该取代反应的细节(参见Marvin G.Warner，JamesE.Hutchison(2003)：Marie-Isabelle Baratoned(ed.)Synthesis andassembly of functionalized Gold Nanoparticles，“SynthesisFunctionalization and Surface Treatment of Nanoparticles”，美国科学出版社，USA，p.67-89)。
在根据本发明的实施方案的微细颗粒结构/基材复合部件中，当形成其中微细颗粒集合体层6从表面隆起的三维隆起结构7时，微细颗粒集合体层6具有大的表面积，并且在微细颗粒集合体层6和基材1之间存在很多中空微结构。
通过合适地选择微细颗粒2的材料和/或取代分子5，可以将复合部件用作使用微细颗粒集合体层6的物理性质例如导电性或表面可润湿性的部件。例如，可以通过微细颗粒2的材料和尺寸或者待结合的取代分子5的类型和长度来控制微细颗粒集合体层6的导电性。因此，可以通过使用微细颗粒集合体层6获得具有期望的抗静电效果的表面。特别是，当微细颗粒2由金属组成，并且待结合到微细颗粒2上的取代分子5是具有高导电性的分子例如共轭分子时，也可以提高微细颗粒集合体层6的导电性，因而具有形成于其中的三维隆起结构7的微细颗粒集合体层6可以用作具有大的表面积的电极。
此外，可以通过取代分子5的性质控制微细颗粒集合体层6的表面可润湿性。因此，可以通过使用微细颗粒集合体层6而获得具有期望的可润湿性的表面。此外，固体表面的拒水性由表面自由能和表面微结构决定，但是可以通过例如使用具有大的表面能的含氟分子作为取代分子5并形成三维隆起结构7而获得超拒水表面。
此外，通过合适地选择微细颗粒2的材料和/或取代分子5，可以使用该复合部件作为下述的部件(例如传感器或催化剂器件)：它利用具有大的表面积或者形成于微细颗粒集合体层6和基材1之间的中空结构的微细颗粒集合体层6的表面，这通过使其充当具有高反应效率的化学反应场所而实现。该微细颗粒结构/基材复合部件可以通过使其充当具有高反应效率的化学反应场所而用作具有高性能的化学反应器。
特别是，当将具有催化作用的材料用于微细颗粒2和取代分子5时，可以在该反应场所中进行催化化学反应，并且使微细颗粒结构/基材复合部件充当催化反应器。此外，即使当取代分子5不具有催化作用时，可以将充当催化剂的分子加入分子5中并结合到微细颗粒2上。在这种情况下，酶可以用作具有催化活性的取代分子5或者待添加的分子。
此外，当微细颗粒集合体层6在基材1的表面的一个区域中缺失并且基材1在该缺失区域8中暴露时，根据该实施方案的微细颗粒结构/基材复合部件可以用作仅在缺失区域8中表现出基材1的功能的部件。例如，其中电极在具有纳米尺寸的宽度的部分中暴露的结构可以通过如下方式形成：使用由具有高导电性的材料组成的基材作为基材1并用作电极，并将具有低导电性的材料用于微细颗粒2和将要结合到微细颗粒2上的取代分子5。
图4是显示用于生产根据该实施方案的具有三维隆起结构的微细颗粒结构/基材复合部件的步骤流程的示意性截面图。
首先，如图4(a)中所示，例如，制备清洁的基材1，例如硅基材，其中表面被镜面抛光并在该表面上形成热氧化膜。另一方面，通过将微细颗粒2分散于合适的溶剂中而制备分散溶液11，所述微细颗粒2具有用保护膜分子3涂布的表面。溶剂不受到特别的限制，但是例如可以使用甲苯、环己烷或氯仿。
然后，如图4(b)中所示，在基材1上使用分散溶液11形成微细颗粒层4，该微细颗粒层包含用保护膜分子3涂布的微细颗粒2。用于形成微细颗粒层4的方法不受到特别的限制，但是可以合适地使用涂布法、印刷法、Langmuir-Blodgett法(LB法)、转印法、浇注法、剥离法或浸渍法。
在LB法中，将通过将保护膜分子3涂布的金属微细颗粒2分散于溶剂例如甲苯或氯仿中而制备的分散溶液11散布在静止的水表面上，然后将溶剂蒸发以在水表面上形成微细颗粒层，该微细颗粒层包含用保护膜分子3涂布的金属微细颗粒2。然后，通过表面降低方法等将微细颗粒层转移到位于水表面下的基材1上。LB方法的有利之处在于可以通过散布在水表面上的分散溶液11的浓度和量、表面压力等容易地控制厚度，并且也能够形成用保护膜分子3涂布的微细颗粒2的单层膜。
在转印法中，首先，通过浇注法或LB法在固体表面或水表面上形成微细颗粒膜，该微细颗粒膜包含用保护膜分子3涂布的微细颗粒2。将微细颗粒膜转移到由聚二甲基硅氧烷等组成的转移介质的表面上，并像印章一样将转移介质按压到基材11上以将微细颗粒层4置于基材1的表面上。
在除以上以外的方法中，将分散溶液11置于基材1上，然后将溶剂蒸发以直接在基材1上形成微细颗粒层4，该微细颗粒层包含用保护膜分子3涂布的微细颗粒2。用于将分散溶液11置于基材1上的方法不受到特别的限制，但是在涂布法中可以使用铸涂法、喷涂法或旋涂法，而在印刷法中可以使用喷墨印刷法、丝网印刷法、胶印法或凹版印刷法。在浇注法中，将分散溶液11滴到基材1上，并将溶剂逐渐蒸发。在浸渍法中，将基材1在分散溶液11中浸渍几分钟到几小时，然后将溶剂蒸发。在剥离法中，预先通过平版印刷等在基材1上形成光致抗蚀剂层的图案，将微细颗粒层形成于包括光致抗蚀剂层的基材1的整个表面上，然后将光致抗蚀剂层与沉积于其上的微细颗粒层一起去除，以选择性地留下直接沉积于基材1上的微细颗粒层，从而形成图案化的微细颗粒层。
然后，如图4(c)中所示，使其上形成了微细颗粒层4(该微细颗粒层包含用保护膜分子3涂布的微细颗粒2)的基材1与含有取代分子5的溶液或气体接触。该处理使得保护膜分子3被取代分子5取代。结果，微细颗粒2之间的距离改变以形成具有三维隆起结构7的微细颗粒集合体层6a。
保护膜分子3用于防止微细颗粒2的熔合或团聚的目的。因此，当微细颗粒2是不具有聚集产生微细颗粒的熔合或团聚的性质的微细颗粒时，不需要使用保护膜分子3。在这种情况下，预先结合到微细颗粒2上的保护膜分子3不需要通过特定的分子的取代来去除，从而有利于该特定的分子的选择(消除了如下限制：随后结合到微细颗粒2上的取代分子5需要具有比预先结合到微细颗粒2上的保护膜分子3更强的结合到微细颗粒2上的结合力)。
图5显示了代表用于生产该实施方案的微细颗粒结构/基材复合部件的取代分子5的实例的结构式。图5(a)和(b)中所示的取代分子A和B分别为各自具有一个巯基-SH作为结合到微细颗粒2上的结合点的取代分子的实例。图5(c)中所示的取代分子C是各自具有两个巯基作为结合到微细颗粒2上的结合点的取代分子的实例。
由于取代分子A和B各自仅具有一个结合到微细颗粒2上的结合点，在微细颗粒集合体层6中，分子的末端之一(结合点)结合到微细颗粒2之一上，并且另一末端通过分子间力结合到与相邻的微细颗粒2结合的取代分子的末端上。在这种情况下，存在如下的弱点：三维隆起结构7的机械强度弱于取代分子C中该分子的两个末端均结合到微细颗粒2上从而使两个微细颗粒交联的情况。
即使使用这样的取代分子，当分子的另一末端充当通过化学键合将取代分子连接在一起的连接基时，可以形成具有与具有两个结合点的取代分子相同的机械强度的三维隆起结构。例如，各个取代分子A和B的另一末端为可以充当有机金属络合物的配体的三联吡啶基团。在这种情况下，可以通过提供形成络合物结构所需的中心金属离子而在相邻的取代分子5之间形成络合物结构，使得取代分子5可以通过化学键合而连接(参见例如日本未审查专利申请公布No.2008-153257)。
图6所图示的结构式显示了用于取代分子5的后处理步骤，该步骤追加到图4中所示的用于生产微细颗粒结构/基材复合部件的步骤中。在该步骤中，在取代分子5例如取代分子A和B结合到微细颗粒2上之后，将基材1浸渍到含有中心金属离子的乙醇溶液中。采用具有三联吡啶基团的取代分子A或B作为配体，通过提供Mn2+、Fe2+、Co2+、Ni2+、Cu2+、Zn2+或Ru2+作为中心金属离子而形成双三联苯络合物，从而将微细颗粒2交联。
根据该实施方案的生产方法，可以通过非常简单的使形成于基材上的微细颗粒层4与取代分子5反应的方法而在基材1上形成三维微结构，在该三维微结构中微细颗粒集合体层6以环形、圆形或蜂巢形隆起，或者形成具有缺失部分例如纳米尺寸的裂缝或间隙的微结构。
实施例1
在实施例中，说明用扫描电子显微镜(SEM)和原子力显微镜(AFM)对实施方案中所述的微细颗粒集合体层和三维隆起结构的观察结果，微细颗粒集合体层在多种基材的各自表面上形成。在这种情况下，将具有4.7±1.1nm的直径(由使用扫描电子显微镜观察的图像估计)的金微细颗粒用作微细颗粒2。此外，将具有约0.6nm的分子长度的烷基胺用作保护膜分子3，并使用被厚度为约0.6nm的保护膜3涂布的金微细颗粒2。
在实施例1中，在硅基材的表面上形成微细颗粒集合体层6，该硅基材上形成了热氧化膜。
首先，制备具有镜面抛光表面的硅基材作为基材1，在该表面上形成了热氧化膜。
然后，通过Langmuir-Blodgett(LB)法形成用保护膜分子3涂布的微细颗粒2组成的微细颗粒膜。首先，将用保护膜分子3涂布的金微细颗粒2以30质量％的浓度分散于甲苯中。然后，将20μL得到的分散溶液用滴管浇注于水表面上，并将甲苯蒸发以在水表面上形成用保护膜分子3涂布的微细颗粒2组成的微细颗粒膜。此外，30质量％的浓度是包括保护膜分子在内的质量百分比，但是主要包括金微细颗粒的质量。
然后，将微细颗粒膜转移到硅基材1上，产生用保护膜分子3涂布的微细颗粒2组成的微细颗粒层4e。
然后，将取代分子A(参见图5(a)，n＝7)作为取代分子5以1mM的浓度溶解于甲醇中。将其上形成有微细颗粒层4的基材1浸渍于得到的溶液中，持续预定的时间。然后，将基材1取出并用甲醇洗涤。该处理使得保护膜分子3可以被取代分子A取代，从而形成具有三维隆起结构7的微细颗粒集合体层6e。
图7(a)和(b)各自显示了如上所述形成的微细颗粒集合体层6e的SEM观察图像。图7(a)显示了浸渍时间为2小时的情况，图7(b)显示了浸渍时间为18小时的情况。
取代分子A的分子长度为约1.8nm，并且大于保护膜的约0.6nm的厚度(保护膜分子的分子长度)。在实施例1中，如图3中所示，取代分子5e的分子长度长于保护膜分子3的分子长度。在这种情况下，微细颗粒2之间的距离被进入相邻的微细颗粒2之间的更长的取代分子5e扩大。结果，微细颗粒集合体层6e中的微细颗粒2的中心到中心距离提高至大于微细颗粒层4中的微细颗粒2之间的中心到中心距离。因此，微细颗粒集合体层6e的表面积也大于原始的微细颗粒层4的表面积。当微细颗粒集合体层6e位于具有与微细颗粒层4相同的面积的基材1上时，微细颗粒集合体层6e的一部分不配合到平面上，不可避免地形成三维形状，其中微细颗粒集合体层6e部分地隆起。结果，形成具有环形、圆形或蜂巢形的三维隆起结构7。
在图7(a)和(b)的任何一个中，在微细颗粒集合体层6e中实际观察到以环形隆起的三维隆起结构7，并且发现密度随着浸渍时间的提高而提高。图7(c)显示了以环形隆起的三维隆起结构7的AFM观察图像。三维隆起结构7的高度为约5μm。
图8显示了在相同条件下形成的具有以蜂巢形隆起的三维隆起结构7的微细颗粒集合体层6e的SEM观察图像(a)和AFM观察图像(b)。AFM观察图像表明，以蜂巢形隆起的三维隆起结构7的高度为约5至10μm。
目前，用于选择性地形成图7中所示的环形结构或者图8中所示的蜂巢形结构的条件不是完全已知的。环形结构倾向于相对来说在基材上的任何地方形成，而蜂巢形结构倾向于主要在基材的中心部分形成。此外，用于容易地形成各个结构的浸渍时间略微不同，但是不可能通过仅控制浸渍时间进行控制从而必定地形成这些结构之一。
在实施例2中，在硅基材的表面上形成微细颗粒集合体层6e，该硅基材被图案化成其中形成金层的区域和其中热氧化膜暴露的区域。
首先，制备硅基材，其中表面被镜面抛光，并且在该表面上形成热氧化膜。然后，通过真空蒸发法将金沉积到硅基材的表面的一部分上，并将硅基材的表面图案化成其中沉积了金的区域和其中热氧化膜暴露的区域。将该硅基材用作基材1。
然后，以与实施例1中基本相同的方式通过LB法形成用保护膜分子3涂布的微细颗粒2组成的微细颗粒膜。即，将15μL分散溶液用滴管浇注于水表面上，然后将溶剂蒸发以在水表面上形成用保护膜分子3涂布的微细颗粒2组成的微细颗粒膜。
然后，将微细颗粒膜转移到硅基材1上，形成用保护膜分子3涂布的微细颗粒2组成的微细颗粒层4。在这种情况下，使微细颗粒膜延伸于其中形成金层的区域和其中热氧化膜暴露的区域两者上。
然后，通过与实施例1相同的方法，将其上形成有微细颗粒层4的基材1浸渍于取代分子A的甲醇溶液中22小时。然后，将基材1取出并用甲醇洗涤。该步骤使得保护膜分子3可以被取代分子A取代，从而形成具有三维隆起结构7的微细颗粒集合体层6e。
图9(a)显示了如上所述形成的微细颗粒集合体层6e的SEM观察图像。在形成了金层的区域中，形成了微细颗粒集合体层6e，该微细颗粒集合体层具有以基本上圆形隆起的三维隆起结构7。另一方面，在热氧化膜暴露的区域，形成了微细颗粒集合体层6e，该微细颗粒集合体层6e具有以更复杂的形状隆起的三维隆起结构7。该结果表明，形成的三维隆起结构7随着基材1的表面的性质和组成材料的改变而变化。
图9(b)显示了具有形成于其上的微细颗粒集合体层6e的基材的截面的SEM观察图像，所述截面沿着热氧化膜暴露的区域中的线截取。这表明了这样一种状态：其中微细颗粒集合体层6e隆起以形成具有中空结构的三维隆起结构7。
在实施例3中，在云母基材的表面上形成多种自组织单分子膜中的每一种，在该云母基材上已完全形成金层，并在各个单分子膜上形成微细颗粒集合体层6e。
首先，通过真空蒸发法在云母基材的整个表面上沉积金，并进一步在其上形成多种自组织单分子膜中的每一种。形成的自组织单分子膜是下列三种分子的单分子膜：
(a)1，10-癸二硫醇；
(b)4-巯基吡啶；以及
(c)2-硝基-4-三氟甲基苯-1-硫醇。
将三种基材中的每一种用作基材1。
然后，以与实施例2中相同的方式通过LB法形成用保护膜分子3涂布的微细颗粒2组成的微细颗粒膜。即，将15μL分散溶液用滴管浇注于水表面上，然后将溶剂蒸发以在水表面上形成用保护膜分子3涂布的微细颗粒2组成的微细颗粒膜。
然后，将微细颗粒膜转移到硅基材1上，从而产生用保护膜分子3涂布的微细颗粒2组成的微细颗粒层4e。
然后，通过与实施例2相同的方法，将其上形成有微细颗粒层4e的基材1浸渍于取代分子A的甲醇溶液中22小时。然后，将基材1取出并用甲醇洗涤。该步骤使得保护膜分子3可以被取代分子A取代，从而形成具有三维隆起结构7的微细颗粒集合体层6e。
图10(x)显示了在被取代分子A取代之前用保护膜分子3涂布的微细颗粒2组成的微细颗粒层4e的SEM观察图像。此外，图10(a)至(c)显示了在微细颗粒层4的保护膜分子3(其分别形成于自组织单分子膜(a)至(c)上)被取代分子A取代后微细颗粒集合体层6e的SEM观察图像。
在图10(a)和图10(c)中，观察到的明亮(发白)部分对应于隆起部分。在图10(a)中，形成网络隆起结构，而在图10(c)中，形成延伸而又略微弯曲的线性隆起结构。在图10(b)中，形成了具有宽的隆起部分和裂开的顶部的隆起结构。与图10(x)对比表明，隆起结构导致的不规则性在微细颗粒集合体层6e中通过用取代分子A的取代而形成。三维隆起结构7根据作为基底的自组织单分子膜的类型而变化。这表明可以通过构成单分子膜的分子的类型(末端官能团的类型)等控制三维隆起结构7的形状。
在实施例4中，在具有约0.1mm厚度的裂开的云母基材上形成微细颗粒集合体层。
首先，制备云母基材作为基材1。
然后，通过LB法形成用保护膜分子3涂布的微细颗粒2组成的微细颗粒膜。首先，将用保护膜分子3涂布的金微细颗粒2以2质量％的浓度分散于环己烷中。然后，将60μL得到的分散溶液用滴管浇注于水表面上，然后将溶剂蒸发以在水表面上形成用保护膜分子3涂布的微细颗粒2组成的微细颗粒膜。
然后，将微细颗粒膜转移到云母基材1上，产生用保护膜分子3涂布的微细颗粒2组成的微细颗粒层4e。
然后，将取代分子C(参见图4(c)；丁二硫醇)作为取代分子5以1mM的浓度溶解于甲醇中。将其上形成有微细颗粒层4e的基材1浸渍于得到的溶液中84小时。然后，将基材1取出并用甲醇洗涤。该处理使得保护膜分子3可以被取代分子C取代，从而形成具有缺失部分8的微细颗粒集合体层。
图11(x)显示了在被取代分子C取代之前用保护膜分子3涂布的微细颗粒2组成的微细颗粒层4e的SEM观察图像。此外，图11(a)显示了在微细颗粒层4e的保护膜分子3被取代分子C取代后微细颗粒集合体层的SEM观察图像。
取代分子C的分子长度为约0.6nm，并且小于微细颗粒层4e中的相邻的微细颗粒2之间的约1.2nm的距离。实施例4是其中在两个末端均具有结合点的取代分子5的分子长度短于保护膜分子3的分子长度的两倍长度的情况。在该情况中，微细颗粒2之间的距离通过进入相邻的微细颗粒2之间的较短的取代分子C而降低。结果，微细颗粒集合体层中的微细颗粒2之间的中心到中心距离小于微细颗粒层4e中的微细颗粒2之间的中心到中心距离。因此，微细颗粒集合体层的表面积也小于原始的微细颗粒层4e的表面积。因而，微细颗粒集合体层不能够覆盖具有与微细颗粒层4e相同的面积的基材，从而在微细颗粒集合体层的一些部分中部分地形成缺失部分，例如裂缝或间隙，基材1在这些部分中暴露。
实际上，在被取代分子C取代后的微细颗粒集合体层的观察图像中(图11(a))，作为与取代分子C取代之前的微细颗粒层4e的观察图像(图11(x))相比的阴暗部分，观察到在微细颗粒集合体层6的一些部分中产生的缺失部分，例如裂缝或间隙。
尽管已基于实施方案和实施例说明了本发明，但是本发明不限于这些实施例，并且当然可以在不偏离本发明精神的范围的情况下做出合适的改变。
工业实用性
在根据本发明的用于生产微细颗粒结构/基材复合部件的方法中，可以在不使用平版印刷等的情况下容易地形成具有三维微结构特征的微细颗粒集合体层。根据微细颗粒的材料和尺寸以及基材的材料，该具有三维微结构的微细颗粒结构/基材复合部件可以用作用于新型传感器的电子材料、用于电极的电化学材料以及催化剂。
附图标记
1...基材，2...微细颗粒(例如金纳米颗粒)，3...保护膜分子，4、4e...用保护膜分子3涂布的微细颗粒2组成的微细颗粒层，5a至5e...取代分子，6a至6e...微细颗粒集合体层，7...三维隆起结构，8...缺失部分，11...用保护膜分子3涂布的微细颗粒2的分散溶液

Claims (16)

1.用于生产微细颗粒结构/基材复合部件的方法，该方法包括：
制备具有平滑表面的基材的步骤；
形成微细颗粒层的步骤，所述微细颗粒层包括密切地沿着该表面布置的微细颗粒；以及
将特定的分子结合到微细颗粒上的步骤，以将微细颗粒层改变成微细颗粒集合体层，所述微细颗粒集合体层包括被该特定的分子所结合的微细颗粒，以及
提高相邻的微细颗粒之间的中心到中心距离以形成三维微结构，在该微结构中微细颗粒集合体层在一个区域中从表面隆起，或者
降低相邻的微细颗粒之间的中心到中心距离以形成微结构，在该微结构中微细颗粒集合体层在该表面的一个区域中缺失，基材在该缺失部分中暴露。
2.根据权利要求1的用于生产微细颗粒结构/基材复合部件的方法，其中将用防止微细颗粒的团聚或熔合的保护膜分子涂布的微细颗粒用作该微细颗粒，并且该保护膜分子被该特定的分子取代。
3.根据权利要求1的用于生产微细颗粒结构/基材复合部件的方法，其中使用具有纳米尺寸颗粒直径的纳米颗粒作为该微细颗粒。
4.根据权利要求1的用于生产微细颗粒结构/基材复合部件的方法，其中作为该特定的分子，使用具有巯基-SH、二硫基-S-S-、异氰基-NC、硫氰基-SCN、羧基-COOH、氨基-NH2、氰基-CN、硒氢基-SeH、碲氢基-TeH或膦基-PR1R2(R1和R2各自为H或有机基团)作为结合到微细颗粒上的结合点的分子。
5.根据权利要求1的用于生产微细颗粒结构/基材复合部件的方法，其中使用官能分子作为该特定的分子。
6.根据权利要求1的用于生产微细颗粒结构/基材复合部件的方法，其中微细颗粒层通过涂布法、印刷法、Langmuir-Blodgett法、转印法、浇注法、剥离法或浸渍法形成。
7.微细颗粒结构/基材复合部件，其包括：
具有平滑表面的基材；以及
通过在微细颗粒层中将特定的分子结合到密切地沿着该表面布置的微细颗粒上而形成的微细颗粒集合体层，所述微细颗粒集合体层包括被该特定的分子所结合的微细颗粒，以及
提高相邻的微细颗粒之间的中心到中心距离以形成三维微结构，在该微结构中微细颗粒集合体层在一个区域中从表面隆起，或者
降低相邻的微细颗粒之间的中心到中心距离以形成微结构，在该微结构中微细颗粒集合体层在该表面的一个区域中缺失，基材在该缺失部分中暴露。
8.根据权利要求7的微细颗粒结构/基材复合部件，其中微细颗粒层中的微细颗粒被防止微细颗粒的团聚或熔合的保护膜分子涂布，并且该保护膜分子被该特定的分子取代。
9.根据权利要求7的微细颗粒结构/基材复合部件，其中该微细颗粒为具有纳米尺寸颗粒直径的纳米颗粒。
10.根据权利要求7的微细颗粒结构/基材复合部件，其中该特定的分子为各自具有巯基-SH、二硫基-S-S-、异氰基-NC、硫氰基-SCN、羧基-COOH、氨基-NH2、氰基-CN、硒氢基-SeH、碲氢基-TeH或膦基-PR1R2(R1和R2各自为H或有机基团)作为结合到微细颗粒上的结合点的分子。
11.根据权利要求7的微细颗粒结构/基材复合部件，其中该特定的分子为官能分子。
12.根据权利要求11的微细颗粒结构/基材复合部件，其中该微细颗粒和官能分子具有导电性。
13.根据权利要求12的微细颗粒结构/基材复合部件，其中将具有形成于其中的三维微结构的微细颗粒集合体层用作电极。
14.根据权利要求11的微细颗粒结构/基材复合部件，其中该官能分子是含氟分子，并且微细颗粒集合体层形成超拒水表面。
15.根据权利要求11的微细颗粒结构/基材复合部件，其中该微细颗粒和/或该官能分子具有催化功能，并且具有形成于其中的三维微结构的微细颗粒集合体层充当催化剂。
16.根据权利要求7的微细颗粒结构/基材复合部件，其中该基材充当电极，微细颗粒和官能分子不具有导电性，并且电极在缺失部分中暴露。
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