CN114849980A - 用于制备具有取向性一维材料薄膜的装置及层状结构 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于制备具有取向性一维材料薄膜的装置、及使用其制备的层状结构。用于制备具有取向性一维材料薄膜的装置包括：印刷基底放置平台；能够在印刷基底放置平台上沿预定运行轨迹运行的涂膜装置，包括涂膜液延展结构；涂膜液延展结构能够与放置的印刷基底形成第一缝隙；沿预定运行轨迹，设置于涂膜液延展结构后侧的取向装置；取向装置与所述印刷基底形成第二缝隙，第二缝隙的高度小于第一缝隙的高度，且第二缝隙沿所述预定运行轨迹具有至少0.1cm的宽度。本申请提供的装置结构简单，对一维材料的取向率高，对一维材料和基底的适配性高，能够简单高效的制备大面积的具有取向性的一维材料薄膜。

Description

用于制备具有取向性一维材料薄膜的装置及层状结构
技术领域
本发明属于薄膜制备技术领域，具体涉及一种用于制备具有取向性一维材料薄膜的装置、具有取向性一维材料薄膜及其制备方法。
背景技术
碳纳米管、纳米线、纳米晶须等一维纳米材料，以及链状聚合高分子材料在电子器件、太阳能电池、平板显示、偏光材料等领域有广泛的应用前景。而对于一维材料的定向排列限制了一维材料的应用场景，影响了一维材料的优良性能。因此，如何获得具有良好取向性的一维材料是本领域需要解决的技术问题。
现有技术中，常见的一维材料的定向排列手段有LB膜、介电泳、接触印刷以及水流法等。而LB膜法需要对一维材料进行亲水/亲油改性，操作复杂，且一维材料的性质因为改性也会发生变化；介电泳法需要外加电场，且一维材料的排列是沿着电场线的方向进行，容易发生团聚；接触印刷法需要将以为纳米材料定向生长在施主衬底上，紧密接触受主衬底，并同步施加相对运动，实现定向排列；水流法需要借助电子束光刻技术，成本较高。
对于一维材料的定向排列还公开有刮涂法、棒涂法、浸涂法、毛笔印刷法和差异浸润模板法等。但刮涂法和棒涂法是利用溶液移动过程中的剪切力取向纳米材料，该剪切力较弱而且不可控，纳米材料取向性不明显。而浸涂法和毛笔印刷法依靠引导三相线退浸润方向取向，取向明显但是不能进行大规模生产。而模板法需要通过复杂的修饰和后处理过程，步骤繁琐。
所以，本领域迫切需要一种简单、高效的制备大面积的取向性一维材料薄膜的方法。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的之一是提供一种用于制备具有取向性一维材料薄膜的装置，包括：
印刷基底放置平台，用于放置印刷基底；
能够在所述印刷基底放置平台上沿预定运行轨迹运行的涂膜装置，所述涂膜装置包括涂膜液延展结构；所述涂膜液延展结构被设计为能够与所述放置的印刷基底形成第一缝隙，所述涂膜液在第一缝隙内表面张力作用下，形成液膜；
沿预定运行轨迹，设置于所述涂膜液延展结构后侧的取向装置；所述取向装置被设计为能够与所述放置的印刷基底形成第二缝隙，所述第二缝隙的高度小于所述第一缝隙的高度，且所述第二缝隙沿所述预定运行轨迹具有至少0.1cm的宽度；
所述预定运行轨迹平行于所述放置的印刷基底。
本申请通过设置第一缝隙和第二缝隙，能够使得涂膜液在第一缝隙的作用下先进性铺展，而后在第二缝隙的作用下形成库艾特层流，由此起到对一维材料进行取向的目的。具体地，本申请是利用涂膜液从第一缝隙向第二缝隙流动过程中产生的剪切力及第二缝隙驱动库艾特层流的梯度剪切力，双重剪切力的共同作用实现对一维纳米材料的取向沉积，印刷具有取向性一维材料薄膜。
本申请可以通过改变第一缝隙和第二缝隙的结构来获得预定尺寸的取向性一维材料薄膜，如通过调整缝隙的跨度（垂直于预定运行轨迹的方向）来调整取向性一维材料薄膜的宽度，通过调整运行轨迹来调整一维材料的取向方向。
宽度低于0.1cm的第二缝隙，无法形成对一维材料的取向，这可能是因为宽度低于0.1cm时，无法产生有效的库艾特层流，即第二缝隙驱动库艾特层流的梯度剪切力不足以将一维材料进行取向。
而第二缝隙的宽度优选在3cm以下，当第二缝隙的宽度大于3cm时，常用的涂膜液的溶剂可能会因为挥发造成薄膜的过早固化，影响取向性，但本领域技术人员可以通过选择不同的涂膜液溶剂以适应3cm以上的第二缝隙的宽度。
所述第二缝隙的宽度示例性的可以是0.2cm、0.5cm、0.7cm、0.9cm、1.2cm、1.5cm、1.7cm、1.9cm、2.2cm、2.5cm、2.7cm、2.9cm、3.2cm、3.5cm、3.7cm、3.9cm、4.2cm、4.5cm、4.7cm、4.9cm、5.2cm、5.5cm、5.7cm、5.9cm等。
优选地，所述预定运行轨迹包括平行于所述放置的印刷基底的单向直线方向、平行于所述放置的印刷基底的单向圆周方向、平行于所述放置的印刷基底单向弯曲方向中的任意一种或至少两种的组合。
需要说明的是，所述“单向”的意思是与反复取向相对的。
上述预定运行轨迹是示例性列举，本领域技术人员可以根据实际情况进行选择。
优选地，所述涂膜液延展结构与所述取向装置的距离为0.1~1 cm，例如0.2cm、0.3cm、0.4cm、0.5cm、0.6cm、0.7cm、0.8cm、0.9cm等。
涂膜液在进入取向装置时粘度不能过大，需要能够持续的注入第二缝隙，因此所述涂膜液延展结构与所述取向装置的距离过长或过短，都会提高对涂膜液的要求，使涂膜液的溶剂选择更苛刻，即常用的溶剂（水、乙醇、异丙醇、甲苯、氯仿、氯苯、N,N-二甲基甲酰胺（DMF）、正辛烷、正己烷等等）可能无法适应于0.1~1cm范围以外的涂膜液延展结构与取向装置的距离。但需要说明的是，这并不表示，一定要将所述涂膜液延展结构与所述取向装置的距离限定在0.1~1 cm范围内，即本领域技术人员可以通过选择不同的溶剂来匹配所述涂膜液延展结构与所述取向装置的距离在0.1~1 cm范围外的装置。
优选地，所述第一缝隙的高度为100~500μm，例如120μm、130μm、150μm、160μm、180μm、190μm等。
优选地，所述第二缝隙的高度与所述第一缝隙的高度的比值为5~15:1，例如6:1、7:1、8:1、9:1、11:1、13:1、14:1等。
所述第一缝隙和第二缝隙的高度关系及第一缝隙的高度，能够使涂膜液在第二缝隙较为迅速的形成库艾特层流，并以此来提高一维材料的取向性的一致性。
优选地，所述涂膜装置包括纤维液桥涂膜装置、刮刀涂膜装置、狭缝涂膜装置中的任意一种。
优选地，所述取向装置包括靠近所述第二缝隙的表面，记为取向面，且所述取向面沿所述预定运行轨迹的尺寸≥0.1cm，优选0.1~3cm。
优选地，沿所述预定运行轨迹，所述取向面的前端成曲面状态，所述曲面的凸面朝向所述涂膜液延展结构。
优选地，所述曲面的曲率半径为0.01~0.5cm，例如0.02cm、0.05cm、0.08cm、0.10cm、0.13cm、0.17cm、0.22cm、0.27cm、0.32cm、0.37cm、0.42cm、0.47cm等。
优选地，所述取向面的表面粗糙度≦100nm，例如95nm、90nm、85nm、80nm、75nm、60nm、50nm、35nm、25nm等。
优选地，所述印刷基底的表面粗糙度≦100nm，例如95nm、90nm、85nm、80nm、75nm、60nm、50nm、35nm、25nm等。
示例性地，本申请所述取向装置为长方体块，所述长方体块的下表面与侧面的相交处被设计为圆弧切角状态。
本申请目的之二是提供一种具有取向性一维材料薄膜的制备方法，所述制备方法使用目的之一所述的装置，包括如下步骤：
（1）在印刷基底放置平台上放置印刷基底，调整涂抹装置和取向装置的位置，以使其与所述印刷基底形成第一缝隙和第二缝隙；
（2）向所述涂膜装置中持续注入涂膜液；所述涂膜液中均匀分散有一维材料；
（3）使涂膜装置和取向装置沿预定运行轨迹在所述印刷基底上滑动，进行涂膜印刷；
（4）沿第一预定运行轨迹运行完毕，关闭涂膜液注入，完成一次涂膜印刷，获得第一液膜，待第一液膜溶剂蒸发后，获得第一具有取向性一维材料薄膜。
可选地，本申请在步骤（4）之后还可以包括步骤（5）和步骤（6）；
（5）再次向所述涂膜装置中持续注入涂膜液，使涂膜装置和取向装置沿第二预定运行轨迹在所述印刷基底上滑动，进行涂膜印刷；
（6）沿第二预定运行轨迹运行完毕，关闭涂膜液注入，完成二次涂膜印刷，获得第二液膜，待第二液膜溶剂蒸发后，获得底层为第一具有取向性以为材料薄膜，上层为第二具有取向性一维材料薄膜的复合薄膜。
示例性地，所述第一预定运行轨迹和所述第二预定运行轨迹垂直。
需要说明的是，如步骤（4）和步骤（5）所示，本领域技术人员可以根据需要进行多层取向性一维材料薄膜的制备，只要设定好预定运行轨迹，既可以形成多层不同取向性一维材料薄膜叠加的复合薄膜。
优选地，当制备多层不同取向性一维材料薄膜叠加的复合薄膜时，在步骤（6）之后进行退火等步骤，以按照需求对多层不同取向性一维材料薄膜进行连接，如电连接。
优选地，所述滑动速度≤100mm/s，例如2mm/s、12mm/s、25mm/s、34mm/s、46mm/s、58mm/s、66mm/s、75mm/s、88mm/s、95mm/s等。
优选地，所述涂膜液为在分散溶剂中分散有一维材料的溶液。
优选地，所述涂膜液的分散溶剂与所述印刷基底和所述取向面为超浸润状态。
优选地，所述涂膜液的分散溶剂与所述印刷基底和所述取向面的接触角均各自独立地≤10°。
示例性的所述分散溶剂如水、乙醇、异丙醇、甲苯、氯仿、氯苯、N,N-二甲基甲酰胺（DMF）、正辛烷、正己烷中的任意一种或至少两种的组合。当然本领域技术人员可以根据实际情况选择上述公开的，或其他的溶剂作为涂膜液的分散溶剂。
优选地，所述一维材料包括一维纳米材料或一维亚纳米材料中的任意一种或至少两种的组合。
示例性地，所述一维材料可以是线性高分子材料和/或线性无机材料。
优选地，所述线性高分子材料包括亚纳米尺度的线性高分子，进一步优选重均分子量≤10w以下的线性高分子。
优选地，所述线性无机材料包括银纳米线、铜纳米线、金纳米线、镍纳米线、二氧化钛纳米线、氧化锌纳米线、钙钛矿纳米线、碳纳米管中的任意一种或至少两种的组合。
优选地，所述涂膜液中，所述一维材料的分散浓度为5wt%~10wt%，例如6wt%、7wt%、8wt%、9wt%等。
优选地，所述涂膜液中还可以分散成膜物质，所述成膜物质如聚酰亚胺等聚合物。当所述涂膜液中分散有成膜物质时，本申请制备的具有取向性一维材料薄膜的一维材料之间分散有成膜物质。
需要说明的是，本申请所述的“具有取向性一维材料薄膜”还可以理解为具有取向性一维材料层状结构，可以是仅由具有取向性的一维材料组成，也可以由具有取向性的一维材料和成膜物质组成。
优选地，所述印刷基底包括硬性基底材料或柔性基底材料。
优选地，所述硬性基底材料包括玻璃基底、硅基底、石英基底和金属基底中的任意一种。
优选地，所述柔性基底包括聚对苯二甲酸乙二酯基底、聚乙烯基底、聚酰亚胺基底和环烯烃聚合物基底中的任意一种或至少两种的组合。
示例性地，当所述具有取向性一维材料薄膜用于光电显示领域时，可以选择透光率≥90%的柔性基底，以同时保证导电和显示的要求。
优选地，所述涂膜液中还可以分散有成膜物质。
本申请目的之三是提供一种层状结构，所述层状结构包括印刷基底，以及形成在所述印刷基底上的由目的之二所述的制备方法制备得到的具有取向性一维材料薄膜；所述具有取向性一维材料薄膜包括分布在所述薄膜内部的一维材料，所述一维材料的取向峰半峰宽范围为12~20（例如13、15、18、19等）。
优选地，所述印刷基底包括硬性材料或柔性材料；所述硬性材料包括玻璃、硅片、石英和金属中的任意一种或至少两种的组合；所述柔性材料包括聚对苯二甲酸乙二酯(PET)、聚乙烯(PE)、聚酰亚胺(PI)和环烯烃聚合物(COP)中的任意一种或至少两种的组合。
优选地，所述具有取向性一维材料薄膜的厚度为10nm~100nm，例如12nm、18nm、25nm、30nm、35nm、40nm、45nm、50nm、55nm、60nm、65nm、70nm、75nm、80nm、85nm、90nm、95nm等。
本申请所述的具有取向性一维材料薄膜的厚度由一维材料的尺寸和一维材料的层数决定。若只有一层一维材料，则具有取向性一维材料薄膜的厚度即为一维材料的直径；若有多层（如n层）一维材料，则具有取向性一维材料薄膜的厚度即为一维材料的直径的n倍。
优选地，所述具有取向性一维材料薄膜还可以包括分散在所述薄膜内部的膜结构。所述膜结构由成膜物质形成。所述成膜物质示例性的可以是通过光照或加热实现膜层聚合的物质，如聚酰亚胺的成膜原料等。
本申请目的之四是提供一种如目的之二制备方法制备得到的具有取向性一维材料薄膜的用途，所述具有取向性一维材料薄膜用于柔性透明电极、薄膜晶体管、偏振光薄膜、薄膜太阳能电池、锂电池中的任意一种。
与现有技术相比本申请具有如下有益效果：
（1）本申请提供的装置通过设置第一缝隙和第二缝隙，利用库艾特层流使一维材料进行取向形成薄膜，装置结构简单，对一维材料的取向率高，对一维材料和基底的适配性高，能够简单高效的制备大面积的具有取向性的一维材料薄膜。
（2）本申请提供的具有取向性的一维材料薄膜的制备方法简单，已操作，制备效率高，且一维材料的取向性好，薄膜面积大。
（3）本申请提供的具有取向性的一维材料薄膜中，一维材料的取向性高，对基底的要求低。
附图说明
图1为实施例1提供的用于制备具有取向性一维材料薄膜的装置的结构示意图；
图2为实施例2提供的用于制备具有取向性一维材料薄膜的装置的结构示意图；
图3为应用例1制备的具有取向性的银纳米线薄膜的光学显微镜图片；
图4为将光学显微镜照片（图3）通过傅里叶转换（FFT）计算出的银纳米线的取向分析图；
图5为通过光学显微镜观察应用例4制备的十字交叉纳米线薄膜的光学显微镜图；
图6为将光学显微镜照片（图5）通过傅里叶转换（FFT）计算出的银纳米线的取向分析图；
图7为应用例4获得的十字交叉纳米线薄膜的宏观照片；
图8为应用例5提供的柔性透明导电薄膜的电学测试的电流变化趋势图。
具体实施方式
以下结合具体实施方式对本发明的技术方案做进一步地的解释说明但应该说明的是，具体实施方式只是对本发明技术方案实质的一种具体化的实施和解释，不应该理解为是对本发明保护范围的一种限制。
实施例所用试剂和仪器均可以从市售商品购买，检测方法为本领域所熟知的常规方法。
如图1（实施例1提供的用于制备具有取向性一维材料薄膜的装置的结构示意图）所示，实施例1提供了一种用于制备具有取向性一维材料薄膜的装置，包括：
印刷基底放置平台1100，用于放置印刷基底1110；
能够在所述印刷基底放置平台1100上沿预定运行轨迹运行（虚线箭头方向）的涂膜装置1200，所述涂膜装置1200包括涂膜液延展结构1210；所述涂膜液延展结构1210被设计为能够与所述放置的印刷基底1110形成第一缝隙1300，所述涂膜液在第一缝隙1300内表面张力作用下，形成液膜；
沿预定运行轨迹，设置于所述涂膜液延展结构1210后侧的取向装置1220；所述取向装置1220被设计为能够与所述放置的印刷基底1110形成第二缝隙1400，所述第二缝隙1400的高度HC小于所述第一缝隙1300的高度HL，且所述第二缝隙1400沿所述预定运行轨迹的宽度L1具有至少0.1cm的宽度；.
所述预定运行轨迹平行于所述放置的印刷基底1110。
所述取向装置1220包括靠近所述第二缝隙的表面，记为取向面1221，沿所述预定运行轨迹，所述取向面1221的前端成曲面状态，所述曲面的凸面朝向所述涂膜液延展结构。所述曲面的曲率半径为0.01~0.5cm。
所述取向面的表面粗糙度≦100nm，所述印刷基底的表面粗糙度≦100nm。
需要说明的是，所述涂膜液延展机构1210和取向装置1220可以通过连接装置按照沿预定运行轨迹，取向装置1220设置于所述涂膜液延展结构1210后侧的方式进行连接，具体的连接方式本申请不做具体限定，典型但非限制性的如连杆或支架（图1中未示出）等。
如图2（图2为实施例2提供的用于制备具有取向性一维材料薄膜的装置）所示，实施例2提供了一种用于制备具有取向性一维材料薄膜的装置，其涂膜装置为纤维液桥涂膜装置，具体包括：
印刷基底放置平台2100，用于放置印刷基底2110，能够在所述印刷基底放置平台2100上沿预定运行轨迹运行（虚线箭头方向）的涂膜装置2200，以及三维移动平台2500，用于移动涂膜装置2200；所述印刷基底放置平台2100放置在X-Y平面内。
所述三维移动平台包括Y向滚动带2501，以及能够沿Y向滚动带2501运动的Y向滚动轴2502，垂直于Y向滚动带2501且能够随Y向滚动轴2502在Y方向上水平移动的Z向滚动带2504，以及能够沿Z向滚动带2504运动的Z向滚动轴2503，垂直于所述Z向滚动带2504沿X方向延伸且固定于所述Z向滚动轴2503的移动壁2505；所述移动臂2505上设置有Y方向延伸的支撑架2506。
所述涂膜装置2200包括纤维液桥涂膜延展机构包括垂直于所述印刷基底放置平台2100且具有一定距离的第一毛细管2211和第二毛细管2212，以及一根尼龙纤维2213，所述尼龙纤维2213从所述第一毛细管2211远离所述印刷基底放置平台2100的一端穿入，从靠近所述印刷基底放置平台2100的一端穿出，然后由第二毛细管2212靠近所述印刷基底放置平台2100的一端穿入，从远离所述印刷基底放置平台2100的一端穿出，收紧所述尼龙纤维2213的端部，使所述尼龙纤维2213的底部拉紧，形成水平的尼龙纤维段，即为液膜延展纤维段2214；所述液膜延展纤维段2214与放置的印刷基底2110形成第一缝隙2300，所述第一缝隙2300的高度为HL；所述第一毛细管2211和第二毛细管2212中持续被注入涂膜液，以浸润尼龙纤维2213，并通过液膜延展纤维段2214的移动形成液膜。
所述涂膜装置2200还包括沿预定运行轨迹，固定设置于所述纤维液桥涂膜延展机构后侧的取向装置；所述取向装置为矩形滑块2220，所述矩形滑块2220通过支撑架2506与所述纤维液桥涂膜延展机构固定连接；所述矩形滑块2220朝向印刷基底放置平台2100的一面为取向面2221，且所述取向面2221靠近液膜延展纤维段2214的一端设置为翘曲的面，所述取向面2221与放置的印刷基底2110形成第二缝隙2400，所述第二缝隙2400的高度为HC；所述第二缝隙2400的高度HC小于所述第一缝隙2300的高度HL，且所述第二缝隙2400沿所述预定运行轨迹的宽度L1具有至少0.1cm的宽度。
所述取向面2221靠近液膜延展纤维段2214的一端设置的翘曲的面的曲率半径为0.01~0.5cm。
所述取向面的表面粗糙度≦100nm，所述印刷基底的表面粗糙度≦100nm。
在实施例2中，涂膜装置2200能够在X、Y、Z三个方向上进行驱动，以使纤维液桥涂膜延展机构和取向装置（矩形滑块2220）能够在三个方向上进行调整。尤其是，纤维液桥涂膜延展机构和取向装置（矩形滑块2220）能够在X和Y方向上进行调整，以方便形成具有不同取向的多层一维材料薄膜。示例性地，所述纤维液桥涂膜延展机构和取向装置（矩形滑块2220）沿Y方向的运行轨迹运行后，溶剂蒸发形成具有Y方向取向的一维材料薄膜，然后将所述纤维液桥涂膜延展机构和取向装置（矩形滑块2220）旋转90°，在具有Y方向取向的一维材料薄膜上层形成具有Y方向取向的一维材料薄膜。
在一个具体实施方式中，所述预定运行轨迹包括平行于所述放置的印刷基底的单向直线方向、平行于所述放置的印刷基底的单向圆周方向、平行于所述放置的印刷基底单向弯曲方向中的任意一种或至少两种的组合。
在一个具体实施方式中，所述涂膜液延展结构与所述取向装置的距离L2为0.1~1cm等。
在一个具体实施方式中，所述第一缝隙的高度为100~500μm。
在一个具体实施方式中，所述第二缝隙的高度与所述第一缝隙的高度的比值为5~15:1。
在一个具体实施方式中，所述涂膜装置包括纤维液桥涂膜装置、刮刀涂膜装置、狭缝涂膜装置中的任意一种。
应用例1
一种具有取向性的银纳米线薄膜的制备方法，包括如下步骤：
（1）将聚对苯二甲酸乙二酯（PET）柔性材料清洗干净，然后用等离子体清洗10min后，备用；使用实施例2提供的用于制备具有取向性一维材料薄膜的装置，在印刷基底放置平台放置清洗后的聚对苯二甲酸乙二酯（PET）柔性材料，调整第一毛细管和第二毛细管的间距为3cm，矩形滑块（取向装置）沿X方向的长度为3cm，沿Y方向的宽度L1为1.5cm，矩形滑块与液膜延展纤维段2214沿Y方向的距离L2为0.5cm，第一缝隙高度200μm，第二缝隙高度20μm，取向面的曲率半径为0.3cm；所述矩形滑块为聚四氟乙烯材质；
（2）向第一毛细管和第二毛细管上端持续注入1mL浓度为5 mg/mL的银纳米线（直径70nm左右）的异丙醇分散液（涂膜液），涂膜液浸润至液膜延展纤维段形成液桥；
（3）启动涂膜装置，使涂膜装置和取向装置沿Y方向在所述印刷基底上以40 mm/s的速度滑动，浸润涂膜液的液膜延展纤维段在印刷基底上形成涂膜，取向装置随后进行一维材料的取向；
（4）沿第一预定运行轨迹（Y方向）运行完毕，关闭涂膜液注入，完成一次涂膜印刷，获得第一液膜，静置1min，待第一液膜溶剂蒸发后，获得3cm×3cm具有取向性的银纳米线薄膜。
通过光学显微镜观察应用例1制备的具有取向性的银纳米线薄膜中银纳米线的取向结果如图3（应用例1制备的具有取向性的银纳米线薄膜的光学显微镜图片）所示，图4为将光学显微镜照片（图3）通过傅里叶转换（FFT）计算出的银纳米线的取向分析图。从图4可以看出，光斑细长，证实应用例1制备的具有取向性的银纳米线薄膜中，银纳米线具有较高的取向性。
应用例2
一种具有取向性的钙钛矿纳米线薄膜的制备方法，包括如下步骤：
（1）将聚酰亚胺（PI）柔性材料清洗干净，然后用等离子体清洗10min后，再将聚酰亚胺材料放入氢氧化钠溶液（2mg/mL）浸泡2h，后60℃烘干备用；使用实施例2提供的用于制备具有取向性一维材料薄膜的装置，在印刷基底放置平台放置处理后的聚酰亚胺（PI）柔性材料，调整第一毛细管和第二毛细管的间距为3cm，矩形滑块（取向装置）沿X方向的长度为3cm，沿Y方向的宽度L1为1.5cm，矩形滑块与液膜延展纤维段沿Y方向的距离L2为0.5，第一缝隙高度200μm，第二缝隙高度20μm，取向面的曲率半径为0.3cm；所述矩形滑块为聚四氟乙烯材质；
（2）向第一毛细管和第二毛细管2212上端持续注入1mL浓度为2mg/mL的钙钛矿纳米线（CsPbBr3）（直径20nm左右）的二甲基亚砜（DFM）溶液（涂膜液），涂膜液浸润至液膜延展纤维段形成液桥；
（3）启动涂膜装置，使涂膜装置和取向装置沿Y方向在所述印刷基底上以30mm/s的速度滑动，浸润涂膜液的液膜延展纤维段在印刷基底上形成涂膜，取向装置随后进行一维材料的取向；
（4）沿第一预定运行轨迹（Y方向）运行完毕，关闭涂膜液注入，完成一次涂膜印刷，获得第一液膜，静置1min，待第一液膜溶剂蒸发后，获得3cm×3cm具有取向性的钙钛矿纳米线薄膜。
应用例3
一种具有取向性的碳纳米管薄膜的制备方法，包括如下步骤：
（1）将聚对苯二甲酸乙二酯（PET）柔性材料清洗干净，然后用等离子体清洗20min后，备用；使用实施例2提供的用于制备具有取向性一维材料薄膜的装置，在印刷基底放置平台放置处理后的聚对苯二甲酸乙二酯（PET）柔性材料，调整第一毛细管和第二毛细管的间距为3cm，矩形滑块（取向装置）沿X方向的长度为3cm，沿Y方向的宽度L1为1cm，矩形滑块与液膜延展纤维段2214沿Y方向的距离L2为0.5cm，第一缝隙高度180μm，第二缝隙高度20μm，取向面的曲率半径为0.3cm；所述矩形滑块为聚四氟乙烯材质；
（2）向第一毛细管和第二毛细管上端持续注入1mL浓度为2mg/mL的碳纳米管纳米线（直径10nm左右）的二氯苯溶液（涂膜液），涂膜液浸润至液膜延展纤维段形成液桥；
（3）启动涂膜装置，使涂膜装置和取向装置沿Y方向在所述印刷基底上以30mm/s的速度滑动，浸润涂膜液的液膜延展纤维段在印刷基底上形成涂膜，取向装置随后进行一维材料的取向；
（4）沿第一预定运行轨迹（Y方向）运行完毕，关闭涂膜液注入，完成一次涂膜印刷，获得第一液膜，静置1min，待第一液膜溶剂蒸发后，获得3cm×3cm具有取向性的碳纳米管薄膜。
应用例4
一种大面积十字交叉银纳米线薄膜的制备方法，包括如下步骤：
（1）将聚对苯二甲酸乙二酯（PET）柔性材料清洗干净，然后用等离子体清洗10min后，备用；使用实施例2提供的用于制备具有取向性一维材料薄膜的装置，在印刷基底放置平台放置处理后的聚对苯二甲酸乙二酯（PET）柔性材料，调整第一毛细管和第二毛细管的间距为10cm，矩形滑块（取向装置）沿X方向的长度为10cm，沿Y方向的宽度L1为1.5cm，矩形滑块与液膜延展纤维段2214沿Y方向的距离L2为0.5cm，第一缝隙高度200μm，第二缝隙高度20μm，取向面的曲率半径为0.3cm；所述矩形滑块为聚四氟乙烯材质；
（2）向第一毛细管和第二毛细管上端持续注入1mL浓度为5mg/mL的银纳米线（直径约70nm）的异丙醇溶液（涂膜液），涂膜液浸润至液膜延展纤维段形成液桥；
（3）启动涂膜装置，使涂膜装置和取向装置沿Y方向在所述印刷基底上以40mm/s的速度滑动，浸润涂膜液的液膜延展纤维段在印刷基底上形成涂膜，取向装置随后进行一维材料的取向；
（4）沿第一预定运行轨迹（Y方向）运行完毕，关闭涂膜液注入，完成一次涂膜印刷，获得第一液膜，静置1min，待第一液膜溶剂蒸发后，获得第一具有取向性的银纳米线薄膜；
（5）调整涂膜装置的运行轨迹为沿X方向运行（第二运行轨迹），第一缝隙的高度为200μm，第二缝隙的高度为20μm，再次启动涂膜装置，使涂膜装置和取向装置沿X方向在所述印刷基底上以40mm/s的速度滑动，浸润涂膜液的液膜延展纤维段在印刷基底上形成涂膜，取向装置随后进行一维材料的取向；
（6）沿第二预定运行轨迹（X方向）运行完毕，关闭涂膜液注入，完成二次涂膜印刷，获得第二液膜，静置1min，待第二液膜溶剂蒸发后，得到10cm×10cm第二具有取向性的银纳米线薄膜，由此获得十字交叉纳米线薄膜。
通过光学显微镜观察应用例4制备的十字交叉纳米线薄膜的光学显微镜图（图5）；图6为将光学显微镜照片（图5）通过傅里叶转换（FFT）计算出的银纳米线的取向分析图；图7为应用例4获得的十字交叉纳米线薄膜的宏观照片。
从图5和图6可以看出，十字交叉的光斑细长，证实应用例4制备的十字交叉纳米线薄膜中，银纳米线具有较高的取向性，且呈垂直状态。从图7可以看出，应用例4获得的十字交叉纳米线薄膜的透光性较好，且薄膜尺寸较大。
应用例5
与应用例4的区别在于，在步骤（6）之后进行步骤（7）
（7）将应用例4得到的十字交叉纳米线薄膜放置于O2等离子体清洗仪中50W处理10s，然后通过液桥印刷法将聚(3,4-乙烯二氧噻吩)-聚苯乙烯磺酸(PEDOT: PSS)溶液均匀的涂覆于十字交叉银线薄膜的表面，再100℃退火10min，获得柔性透明导电薄膜。
通过伏安法对应用例5提供的柔性透明导电薄膜进行电学测试，测试条件为电压从-1~1V变化，得到电流变化趋势，测试结果如图8所示。从图8可以看出，应用例5获得的柔性透明导电薄膜的方阻约为10Ωsq-1，表现出良好的电学性能。
应用例6
一种具有取向性的高分子线性材料薄膜的制备方法，包括如下步骤：
（1）将氧化铟锡（ITO）电极材料清洗干净，然后用等离子体清洗10min后，通过旋涂方式构筑PEDOT:PSS薄膜，得到PEDOT:PSS均匀成膜的基底，备用；使用实施例2提供的用于制备具有取向性一维材料薄膜的装置，在印刷基底放置平台放置处理后的氧化铟锡（ITO）电极材料，调整第一毛细管和第二毛细管的间距为3cm，矩形滑块（取向装置）沿X方向的长度为3cm，沿Y方向的宽度L1为0.5cm，矩形滑块与液膜延展纤维段沿Y方向的距离L2为0.5cm，第一缝隙高度100μm，第二缝隙高度10μm，取向面的曲率半径为0.3cm；所述矩形滑块为聚四氟乙烯材质；
（2）向第一毛细管和第二毛细管上端持续注入1mL浓度为5mg/mL的光电受体分子Y6（
Figure 48591DEST_PATH_IMAGE001
）和聚3-己基噻吩（重均分子量7w）的液的氯仿溶液（涂膜液），涂膜液浸润至液膜延展纤维段形成液桥；
（3）启动涂膜装置，使涂膜装置和取向装置沿Y方向在所述印刷基底上以40mm/s的速度滑动，浸润涂膜液的液膜延展纤维段在印刷基底上形成涂膜，取向装置随后进行一维材料的取向；
（4）沿第一预定运行轨迹（Y方向）运行完毕，关闭涂膜液注入，完成一次涂膜印刷，获得第一液膜，静置1min，待第一液膜溶剂蒸发后，获得3cm×3cm的具有取向性的高分子线性材料薄膜。
过原子力扫描显微镜（AFM）对应用例6获得的具有取向性的高分子线性材料薄膜进行表征然后利用image J软件对其中的一维材料的取向角度进行统计，然后根据统计结果计算取向峰半峰宽为15.2。
对比应用例1
与应用例1的区别仅在于，矩形滑块（取向装置）沿Y方向的宽度L1为0.05cm。
应用例7
与应用例1的区别仅在于，矩形滑块（取向装置）沿X方向的长度为3cm，沿Y方向的宽度L1为1cm，矩形滑块与液膜延展纤维段沿Y方向的距离L2为0.1cm，第一缝隙高度100μm，第二缝隙高度20μm，取向面的曲率半径为0.01cm。
应用例8
与应用例1的区别仅在于，矩形滑块（取向装置）沿X方向的长度为3cm，沿Y方向的宽度L1为3cm，矩形滑块与液膜延展纤维段沿Y方向的距离L2为1cm，第一缝隙高度500μm，第二缝隙高度35μm，取向面的曲率半径为0.5cm。
应用例9
与应用例1的区别仅在于，矩形滑块（取向装置）沿X方向的长度为3cm，沿Y方向的宽度L1为1.5cm，矩形滑块与液膜延展纤维段沿Y方向的距离L2为0.1cm，第一缝隙高度100μm，第二缝隙高度30μm，取向面的曲率半径为0.01cm。
应用例10
与应用例1的区别仅在于，矩形滑块（取向装置）沿X方向的长度为3cm，沿Y方向的宽度L1为1.5cm，矩形滑块与液膜延展纤维段沿Y方向的距离L2为1cm，第一缝隙高度500μm，第二缝隙高度20μm，取向面的曲率半径为0.5cm。
性能测试：
将应用例1~应用例4、应用例7~10得到的薄膜在光学显微镜下观察，利用image J软件对其中的一维材料的取向角度进行统计，然后根据统计结果计算取向峰半峰宽，测试结果如表1所示。
表1 应用例1~应用例3、应用例7~10和对比应用例1的取向峰半峰宽结果
Figure 297170DEST_PATH_IMAGE002
从应用例及测试结果可以看出，通过本申请提供的用于制备具有取向性一维材料薄膜的装置，能够制备出大面积的具有取向性的一维材料薄膜。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种用于制备具有取向性一维材料薄膜的装置，其特征在于，所述装置包括：
印刷基底放置平台，用于放置印刷基底；
能够在所述印刷基底放置平台上沿预定运行轨迹运行的涂膜装置，所述涂膜装置包括涂膜液延展结构；所述涂膜液延展结构被设计为能够与放置的所述印刷基底形成第一缝隙，所述涂膜液在第一缝隙内表面张力作用下，形成液膜；
沿预定运行轨迹，设置于所述涂膜液延展结构后侧的取向装置；所述取向装置被设计为能够与放置的所述印刷基底形成第二缝隙，所述第二缝隙的高度小于所述第一缝隙的高度，且所述第二缝隙沿所述预定运行轨迹具有至少0.1cm的宽度；
所述预定运行轨迹平行于放置的所述印刷基底。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述涂膜液延展结构与所述取向装置的距离为0.1~1cm。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第一缝隙的高度为100~500μm。
4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第二缝隙的高度与所述第一缝隙的高度的比值为5~15:1。
5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述取向装置包括靠近所述第二缝隙的表面，记为取向面，且所述取向面沿所述预定运行轨迹的尺寸≥0.1cm；
沿所述预定运行轨迹，所述取向面的前端成曲面状态，所述曲面的凸面朝向所述涂膜液延展结构。
6.一种具有取向性一维材料薄膜的制备方法，其特征在于，所述制备方法使用权利要求1~5任一项所述的装置，包括如下步骤：
（1）在所述印刷基底放置平台上放置印刷基底，调整所述涂膜装置和所述取向装置的位置，以使其与所述印刷基底形成第一缝隙和第二缝隙；
（2）向所述涂膜装置中持续注入涂膜液；所述涂膜液中均匀分散有一维材料；
（3）使所述涂膜装置和所述取向装置沿第一预定运行轨迹在所述印刷基底上滑动，进行涂膜印刷；
（4）沿第一预定运行轨迹运行完毕，关闭涂膜液注入，完成一次涂膜印刷，获得第一液膜，待第一液膜溶剂蒸发后，获得第一具有取向性一维材料薄膜。
7.如权利要求6所述的制备方法，其特征在于，在步骤（4）之后包括步骤（5）和步骤（6）；
（5）再次向所述涂膜装置中持续注入涂膜液，使所述涂膜装置和所述取向装置沿第二预定运行轨迹在所述印刷基底上滑动，进行涂膜印刷；
（6）沿第二预定运行轨迹运行完毕，关闭涂膜液注入，完成二次涂膜印刷，获得第二液膜，待第二液膜溶剂蒸发后，获得底层为第一具有取向性一维材料薄膜，上层为第二具有取向性一维材料薄膜的复合薄膜。
8.如权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述一维材料包括一维纳米材料或一维亚纳米材料中的任意一种或至少两种的组合；
所述涂膜液中，所述一维材料的分散浓度为5wt%~10wt%；
所述印刷基底包括硬性基底材料或柔性基底材料。
9.一种层状结构，其特征在于，所述层状结构包括印刷基底，以及形成在所述印刷基底上的由权利要求6~8任一项所述的制备方法制备得到的具有取向性一维材料薄膜；
所述具有取向性一维材料薄膜包括分布在所述薄膜内部的一维材料，所述一维材料的取向峰半峰宽范围为12~20。
10.一种如权利要求6~8任一项所述的制备方法制备的具有取向性一维材料薄膜的用途，其特征在于，所述具有取向性一维材料薄膜用于柔性透明电极、薄膜晶体管、偏振光薄膜、薄膜太阳能电池、锂电池中的任意一种。
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