CN102328898A - 一种大面积排列纳米线的方法 - Google Patents
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Abstract
利用本发明装置从溶剂中大面积组装一维纳米线阵列的方法是一种简单易操作的方法。该方法首先利用滚轮上定向纺丝的纳米纤维作为模板，把带有定向纤维的滚轮浸入纳米线悬浮液，以一定的转动速度在纳米线悬浮液中转动滚轮，使得溶液中的纳米线吸附到带有定向纤维的滚轮上，最后把已定向吸附纳米线的滚轮放到设计好的装置上，再在基底上加一点水或有机溶剂润滑剂，通过传动装置带动有定向纺丝纤维的滚轮在基底上滚动前行，实现吸附在纤维上的纳米线向基底的成功转移。本发明的方法不仅操作便利，且所需设备易于设计制造，适合各种衬底，而且易于对纳米线进行大面积的平行排列，可用于制备微米/纳米电子检测器件等。
Description
技术领域
本发明涉及的是一种大面积从溶液中组装一维纳米线阵列的方法及装置，属于微纳米器件制造和微电子技术的交叉领域。
背景技术
目前，一维纳米线的组装正引起人们的广泛关注，因为组装好这些一维纳米线是纳米线器件化的必要步骤，也是纳米线真正走进实际生产应用的必由之路。纳米线器件化后可以用来作为光电子探测器件、场效应管、传感检测器等。因此，最近几年来，研究者们已经发明了许多组装一维纳米线的方法，这些组装纳米线方法包括LB膜法、微流体法、电场辅助装配法、选择性的化学或生物图案法、磁场辅助法、光诱捕法等。虽然取得了一些重要进展，但是距离制作半导体纳米线器件的应用要求还相差很远，要解决纳米线器件应用的集成组装这个瓶颈问题还有很长的路要走。特别需要指出的是，直接用装置实施大面积排列纳米线更是鲜有报道。本发明就是在本人前期研究的基础上，设计一种纳米线大面积排列的特殊装置，结合前期定向纺丝纤维和该装置实现一维纳米线的大面积排列。
发明内容
技术问题：本发明的目的是提供一种大面积排列纳米线的方法，该方法易于对纳米线进行大面积的平行排列，可用于制备微纳电子器件等。
技术方案：本发明大面积排列纳米线阵列的方法包括以下步骤：
a. 对所制得的纳米线进行预处理，并使其在溶剂中悬浮；
b. 对纳米纤维进行定向处理，并且把纳米纤维纺丝到滚轮上作为模板；
c. 将表面已带有良好取向纳米纤维膜的滚轮，浸入纳米线悬浮液，以一定的速度在溶液中转动滚轮，在蒸发诱导的流体力、重力和毛细力作用下，溶液中被分散的纳米线就会沿着纳米纤维组成的微米/纳米通道而排列、沉积；
d. 最后把已吸附纳米线的滚轮放到设计好的装置上，再在基底上加水或是润滑剂，通过传动装置使带有纺丝纤维的滚轮在基底上滚动前行，实现吸附在滚轮上的纳米线向基底转移。
对所制得的纳米线进行预处理是对纳米线进行疏水或是亲水处理，这样才能使得纳米线很好的分散在溶剂中。
制备纳米纤维模板的方法为接收纳米纤维的滚轮外圆周面垂直于纺丝的针筒出口作圆周运动。
带有纳米纤维的滚轮浸入溶液的转动方向和定向纤维的取向一致，且以1mm/s~5mm/s速率转动。
有益效果：本发明从溶液中组装一维纳米线阵列的方法及装置,具有如下的优点；第一本发明的方法所需设备简单、易设计制造、操作便利可控，第二本发明装置的滚轮可更换，有利于排列不同种类的纳米线，第三本发明的方法也适合于制作成本比较低廉的塑料等基底器件，第四本发明易于对纳米线进行大面积的平行排列，可用于制备微纳电子器件等。
附图说明
图1是本发明滚轮吸附纳米线示意图，其中有：带有定向纳米纤维的滚轮10，滚轮转动方向19，纳米线悬浮液20；
图2是本发明滚轮排列纳米线装置示意图，其中有装置底座1，精密直线导轨2，装置上平台3，横杆的底座4，横杆5，横杆轴承6，固定滚轮部件7，滚轮上的轴承8，滚轮的杆子9，带有定向纤维的滚轮10，滚轮部件的横梁11，调节弹簧12，接触基底13，装置上平台固定部件14，滚珠导轨15,连轴器16，步进电机固定部件17，步进电机18。
具体实施方式
排列纳米线的装置首先是装置底座1，在装置底座1上有两个精密直线导轨2和接触基底13，精密直线导轨2的右边有滚珠导轨15,连轴器16，步进电机固定部件17，步进电机18。精密直线导轨2的上面是装置上平台3，在装置上平台3上有横杆5、带有定向纤维的滚轮10，横杆5通过横杆的底座4、横杆轴承6固定在装置上平台3上，带有定向纤维的滚轮10通过滚轮上的轴承8、滚轮的杆子9、固定滚轮部件7、滚轮部件的横梁11固定在装置上平台3上，调节弹簧12调节带有定向纤维的滚轮10和接触基底13之间的压力，装置上平台3通过装置上平台固定部件14与滚珠导轨15相连，传递动力。
吸附了纳米线的滚轮放在设计好的装置上排列纳米线时，需要通过弹簧调节好滚轮跟接触基底之间的压力。
吸附了纳米线的滚轮放在设计好的装置上排列纳米线时，需要控制好滚轮和基底之间的摩擦力，使得滚轮在基底上只有滚动。
大面积从溶液中组装一维纳米线阵列的方法包括以下步骤：（1）纳米纤维定向纺丝到滚轮上作为模板，把带有定向纤维的滚轮浸入纳米线悬浮液，以一定的转速(1mm/s~5mm/s)在纳米线悬浮液中转动，（2）然后把已吸附纳米线的滚轮放到设计好的装置上，再在基底上加水或有机溶剂润滑剂，通过传动装置使带有纺丝纤维的滚轮在基底上滚动前行，实现吸附在滚轮上的纳米线向基底转移（见示意图1和装置图2）。
本发明大面积从溶液中组装一维纳米线阵列的滚轮吸附纳米线原理如图1和装置如图2所示，利用定向纺丝的纳米纤维（接受纳米纤维的滚轮和纺丝的针筒出口垂直，且作圆周转动）作为模板，把已带有定向纤维的滚轮浸入纳米线悬浮液，以一定的转速(1mm/s~5mm/s)在纳米线悬浮液中转动，在蒸发诱导的流体力、重力和毛细力作用下，溶液中被分散的纳米线就会沿着纳米纤维组成的微米/纳米通道而排列、沉积，最后把已吸附纳米线的滚轮放到设计好的装置上，再在基底上加水或有机溶剂润滑剂，通过传动装置使带有纺丝纤维的滚轮在基底上滚动前行，由于纳米线和基底之间的范德华力，从而实现吸附在滚轮上的纳米线向基底的成功转移。
Claims (4)
1. 一种大面积排列纳米线的方法，其特征在于该方法包括以下步骤：
a. 对所制得的纳米线进行预处理，使其在溶剂中分散、悬浮，形成纳米线悬浮液；
b. 将纳米纤维定向纺丝到滚轮上，形成表面带有良好取向纳米纤维的滚轮，并且作为排列纳米线的模板；
c. 将表面带有良好取向纳米纤维的滚轮浸入所述纳米线悬浮液，以1mm/s~5mm/s的转动速度在溶液中转动滚轮，在蒸发诱导的流体力、重力和毛细力作用下，使溶液中被分散的纳米线沿着纳米纤维组成的微米/纳米通道而排列、沉积；
d. 最后再在基底上加水或有机溶剂润滑剂，通过传动装置带动有定向纺丝纤维的滚轮在基底上滚动前行，实现吸附在纺丝纤维上的纳米线向基底转移。
2.根据权利要求1所述的大面积排列纳米线的方法，其特征在于对所制得的纳米线进行预处理是对纳米线进行疏水或是亲水处理，这样才能使得纳米线很好的分散在溶剂中。
3. 根据权利要求1所述的大面积排列纳米线的方法，其特征在于制备纳米纤维模板的方法为接收纳米纤维的滚轮外圆周面垂直于纺丝的针筒出口作圆周运动。
4.根据权利要求1所述的大面积排列纳米线的方法，其特征在于带有纳米纤维的滚轮浸入溶液的转动方向和定向纤维的取向一致，且以1mm/s~5mm/s速率转动。
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