基於鐵電薄膜電疇的極化組裝微小顆粒有序陣列的方法
2023-06-03 09:08:31
專利名稱：基於鐵電薄膜電疇的極化組裝微小顆粒有序陣列的方法
基於鐵電薄膜電疇的極化組裝微小顆粒有序陣列的方法技術領域
本發明屬於電子技術領域，具體涉及一種構造鐵電薄膜表面電荷陣列從而應用於 組裝分布微小顆粒陣列的方法。
背景技術：
將微小顆粒有序組裝是納米材料達到應用的重要途徑之一，也是器件小型化之主 要手段之一。通過組裝技術可以將器件結構控制在分子乃至原子水平，保證粒子在尺度上 的高度有序性和方向性，從而推動各類微機器的製造。達到在生物醫療、電子探測等領域的 廣泛應用。
鐵電材料是一類應用廣泛的功能性材料。鐵電晶體是由許多小區域(電疇)所組 成，每個電疇內的極化方向一致，而相鄰電疇的極化方向則不同。從宏觀來看，整個晶體是 非極化的，呈中性。但是外界作用下(如電場)，極化沿電場方向的電疇擴大。當所有電疇都 沿外電場方向，整個晶體成為單疇晶體，此時鐵電薄膜相應的被極化區域的表面會有束縛 電荷產生來屏蔽鐵電薄膜電疇被極化後的內建電場。我們通過選擇性的極化鐵電薄膜，使 得其表面形成相應的圖形化分布的電荷，使其與需要被組裝的粒子相互作用(正負電荷吸 引)，從而完成粒子的陣列圖形化沉積。發明內容
本發明的目的在於提出一種基於鐵電薄膜電疇的極化組裝微小顆粒有序 陣列的方法，以用於電子、生物醫療等領域。
本發明提出的基於鐵電薄膜電疇的極化組裝微小顆粒有序陣列的方法，具體包括 如下步驟(1)在襯底上澱積鐵電薄膜；(2)極化鐵電薄膜電疇；(3)將極化後的鐵電材料置於溶液中；(4)從溶液中取出鐵電薄膜並將其乾燥。
本發明中，所述在襯底上沉積鐵電薄膜的方法，包括旋塗、化學方法澱積或物理 方法澱積等。
本發明中，所述襯底包括矽、鉬、釕、銥、鉻、金、氧化銥或玻璃等。
本發明中，所述的微小顆粒可以是金屬顆粒、生物分子或細胞等。
本發明中，所述的鐵電薄膜的材料包括鋯鈦酸鉛、鈦酸鍶鉍、鈦酸鉍鑭、鈦酸鋇鍶 或聚偏二氟乙烯基鐵電材料等。
本發明中，所述的極化鐵電薄膜電疇的方法包括外加電場、紫外線照射、 化學腐蝕方法或壓印技術等。
本發明中，所述的將極化後的鐵電材料置於溶液中的溶液為含有一定的帶極性的 正負離子或者生物分子等的溶液。
本發明中，所述的對從溶液中取出的鐵電薄膜進行乾燥的乾燥方法包括熱板加熱 和風乾等。
本發明所提供的組裝微小顆粒有序陣列的方法可以有效實現的微小顆粒的二維 陣列分布，應用廣泛，大大降低生產成本。
圖1-圖5為依據本發明方法的實例過程剖面示意圖。
圖中標號100矽襯底，102鉬金襯底，104鋯鈦酸鉛鐵電薄膜，106外加電場設 備，108含有正負離子或者生物分子、細胞的溶液，110陣列分布的微小顆粒。
具體實施方式
下文結合圖示在參考實施例中更具體地描述本發明，本發明提供優選實施例，但 不應該被認為僅限於在此闡述的實施例。在圖中，為了方便說明，放大了層和區域的厚度， 所示大小並不代表實際尺寸。
參考圖是本發明的理想化實施例的示意圖，本發明所示的實施例不應該被認為僅 限於圖中所示區域的特定形狀，在本發明實施例中，均以光柵結構表示，圖中的表示是示意 性的，但這不應該被認為限制本發明的範圍。
圖1-圖5為依據本發明方法應用的實例的製備過程剖面示意圖。
圖1為襯底100與102的橫截面圖。所選擇的襯底可以為矽，鉬，釕，銥，鉻，金以 及氧化銥，或玻璃。本文中實例選擇的是矽和鉬。
圖2為在襯底100上旋塗一層鐵電薄膜104後的橫截面圖，鐵電薄膜可以為鋯鈦 酸鉛或聚偏二氟乙烯基等鐵電材料。本實例使用的是鋯鈦酸鉛，以3000r/min旋塗在襯底 102上，然後在345-360攝氏度(優選350攝氏度)的熱板上對其加熱4_8分鐘(優選分鐘)， 然後再在600-700攝氏度(優選650攝氏度)下退火12-16分鐘，從而得到鐵電薄膜104。
圖3為對104鐵電薄膜的電疇進行極化的橫截面圖，極化方法可以為電場、紫外照 射、化學腐蝕或納米壓印技術等。本實例採用利用壓電原子力顯微設備106利用外加電場 (針尖加負電壓，襯底接地)對鋯鈦酸鉛鐵電薄膜104進行極化。外加電場的分布為光柵陣 列圖形，從而得到光柵分布的被極化(電疇極化方向朝上)的鐵電薄膜104-1。
圖4為將極化過後的鐵電薄膜浸入含有正負離子或帶生物分子或細胞的溶液108 中的示意圖。本例中採用的是四氯合金酸溶液。將極化後的鋯鈦酸鉛鐵電薄膜浸入該溶液 中，置於空氣環境中15-25分鐘，由於鐵電薄膜電疇的朝上極化，即使得極化區域表面帶 上了相應的負電荷，溶液中的金離子就會在相應的負電荷分布區域進行氧化而進行沉澱， 形成金顆粒的分布。
圖5為在鐵電薄膜上完成微小顆粒組裝分布的截面圖。本例中使用的是鋯鈦酸鉛 鐵電薄膜，完成了金顆粒的光柵裝的組裝分布。
在不偏離本發明的精神和範圍的情況下還可以構成許多有很大差別的實施例。應 當理解，除了如所附的權利要求所限定的，本發明不限於在說明書中所述的具體實施例。
權利要求
1.一種基於鐵電材料電疇的極化組裝微小顆粒有序陣列的方法，其特徵在於通過選擇 性的極化鐵電材料的電疇，使得鐵電材料表面帶上圖形化分布的表面電荷，進而與帶有極 性的微小顆粒相互作用，使微小顆粒選擇性地組裝在鐵電材料表面，具體步驟為(1)在襯底上澱積鐵電薄膜；(2)極化鐵電薄膜電疇；(3)將極化後的鐵電材料置於溶液中；(4)從溶液中取出鐵電薄膜並將其乾燥。
2.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於在襯底上形成鐵電薄膜澱積的方法為旋 塗、化學方法澱積或物理方法澱積。
3.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於所述的襯底為矽、鉬、釕、銥、鉻、金、氧化 銥或玻璃。
4.根據權利要求1、2或3所述的方法，其特徵在於所述的微小顆粒是金屬顆粒、生物 分子或細胞。
5.根據權利要求1、2或3所述的方法，其特徵在於所述鐵電薄膜的材料為鋯鈦酸鉛、 鈦酸鍶鉍、鈦酸鉍鑭、鈦酸鋇鍶或聚偏二氟乙烯基鐵電材料。
6.根據權利要求4所述的方法，其特徵在於所述鐵電薄膜的材料為鋯鈦酸鉛、鈦酸鍶 鉍、鈦酸鉍鑭、鈦酸鋇鍶或聚偏二氟乙烯基鐵電材料。
7.根據權利要求1、2、3或4所述的方法，其特徵在於所述極化鐵電薄膜電疇的方法 為外加電場、紫外線照射、化學腐蝕或壓印。
8.根據權利要求1、2、3或4所述的方法，其特徵在於所述溶液為含有一定的帶極性 的正負離子或者生物分子的溶液。
9.根據權利要求1、2、3或4所述的方法，其特徵在於所述的乾燥方法為熱板加熱或 風乾。
全文摘要
本發明屬於電子技術領域，具體為一種基於鐵電材料電疇的極化組裝微小顆粒有序陣列的方法。本發明通過選擇性的極化鐵電薄膜的電疇而形成表面電荷的陣列圖形，通過它與有極性的微小顆粒相互作用，實現微小顆粒有選擇性的組裝沉澱到鐵電薄膜表面，從而形成微小顆粒的相應的陣列分布。採用本發明的微小顆粒組裝技術，工藝簡便，成本低，具有極大的應用價值。
文檔編號B81C1/00GK102030308SQ20101052140
公開日2011年4月27日 申請日期2010年10月27日 優先權日2010年10月27日
發明者劉冉, 沈臻魁, 陳國平 申請人:復旦大學