一種基于計(jì)算機(jī)模擬的熱處理輔助自組裝膠態(tài)晶體及其制備方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明提供了一種基于計(jì)算機(jī)模擬的熱處理輔助自組裝膠態(tài)晶體及其制備方法，該方法通過(guò)建立用于門(mén)特卡羅算法優(yōu)化膠態(tài)晶體工藝參數(shù)的物理模型，并通過(guò)該模型模擬預(yù)言最優(yōu)的自組裝溫度等工藝參數(shù)；同時(shí)結(jié)合勻膠法，調(diào)控組裝小球晶體時(shí)的其他若干參數(shù)，獲得大面積的膠態(tài)單晶。本發(fā)明創(chuàng)建了膠態(tài)晶體在考慮液體蒸發(fā)的情形下的理論模型?；谠摾碚撃Ｐ?，引入了計(jì)算機(jī)模擬，極大地提高了自組裝膠態(tài)晶體的效率。該模型所用的算法高效便捷，不要求很大的計(jì)算資源，但得到的結(jié)果與實(shí)驗(yàn)高度吻合。本發(fā)明闡述了所用的方法，至于具體執(zhí)行該方法的代碼可以有多種。制備的膠態(tài)晶體的方法不僅適用于大范圍尺寸的小球組裝，也可以適用于不同種類(lèi)的微納小球組裝。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種基于計(jì)算機(jī)模擬的熱處理輔助自組裝膠態(tài)晶體及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及膠態(tài)晶體制備【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及ー種基于計(jì)算機(jī)模擬的熱處理輔助自組裝膠態(tài)晶體。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著人們對(duì)于化學(xué)可控合成技術(shù)的逐步掌握，小球組裝成的周期性陣列結(jié)構(gòu)即膠態(tài)晶體引起了科技工作者的極大興趣。這是因?yàn)槟z態(tài)晶體有著多方面的應(yīng)用，比如它可以用于納米印刷術(shù)，光電自學(xué)，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，生物傳感，表面等離子體和光子晶體等。其中，膠態(tài)晶體在納米印刷方面的作用，有望取代昂貴而耗時(shí)的電子束刻蝕、聚焦離子束刻蝕、光刻等設(shè)備，在エ業(yè)化浪潮中發(fā)揮不可替代的作用。該技術(shù)與エ業(yè)化生產(chǎn)高度兼容，成本低廉，產(chǎn)量大，可重復(fù)性好。
[0003]目前制備光子晶體的技術(shù)有多種，比如勻膠法、電場(chǎng)輔助自組裝法、提拉法、撈膜法，以及限域蒸發(fā)自組裝法等。然而，這 些方法要么只能制備局部單晶，難以得到大面積的膠態(tài)晶體；要么生產(chǎn)過(guò)程過(guò)于復(fù)雜，生產(chǎn)周期長(zhǎng)和需要特別裝置等，不利于作為エ業(yè)化應(yīng)用的膠態(tài)晶體生產(chǎn)方法加以推廣。此外，撈膜法對(duì)手工技術(shù)要求比較高，難以重復(fù)；提拉法帶來(lái)的振動(dòng)會(huì)不可避免地破壞膠態(tài)晶體的自組裝，難以得到完美的小球周期性排列單晶結(jié)構(gòu)。
[0004]近期，我們提出了傾斜自組裝膠態(tài)晶體(專(zhuān)利申請(qǐng)?zhí)?20121049348.7)，該方法對(duì)實(shí)驗(yàn)裝置的要求非常簡(jiǎn)單，可以得到大面積(例如2英寸的圓硅片)的膠態(tài)晶體，但是該方法需要通過(guò)大量的實(shí)驗(yàn)嘗試，才能找出“最佳”的實(shí)驗(yàn)條件，而用不同直徑的微納米球體構(gòu)筑不同的周期性膠態(tài)晶體結(jié)構(gòu)的實(shí)驗(yàn)條件是有差別的。因此，通過(guò)計(jì)算模擬預(yù)言實(shí)驗(yàn)參數(shù)、提高實(shí)驗(yàn)制備膠態(tài)晶體エ藝的通用性和產(chǎn)業(yè)化效率顯得尤為重要。然而，眾所周知，通過(guò)建立模型，利用計(jì)算機(jī)模擬來(lái)預(yù)言實(shí)驗(yàn)參數(shù)(尤其是考慮液體蒸發(fā)時(shí))，是ー個(gè)非常困難的課題(Woodley等，Nature Materials2008, 7, (12))。目前沒(méi)有任何的文獻(xiàn)或者專(zhuān)利報(bào)道。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為了解決上述問(wèn)題，本發(fā)明的目的是提供ー種基于計(jì)算機(jī)模擬的熱處理輔助自組裝膠態(tài)晶體。
[0006]本發(fā)明的另一目的是提供一種制備基于計(jì)算機(jī)模擬的熱處理輔助自組裝膠態(tài)晶體的方法。
[0007]首先，本發(fā)明提供了ー種基于計(jì)算機(jī)模擬的熱處理輔助自組裝膠態(tài)晶體，該晶體通過(guò)建立用于門(mén)特卡羅算法的優(yōu)化膠態(tài)晶體エ藝參數(shù)的數(shù)學(xué)模型，并通過(guò)該模型模擬預(yù)言最優(yōu)的自組裝溫度等エ藝參數(shù)；同時(shí)結(jié)合勻膠法，調(diào)控組裝小球晶體時(shí)的其他若干參數(shù)，如小球的分散系和膠液的濃度，獲得大面積(幾乎整個(gè)基片)的膠態(tài)單晶。
[0008]其中，所述膠態(tài)晶體エ藝參數(shù)的數(shù)學(xué)模型建立步驟如下:[0009]第一步設(shè)定初始構(gòu)型(初態(tài)):
[0010]I)成核點(diǎn):隨機(jī)在網(wǎng)格中選擇某些格點(diǎn)，作為成核點(diǎn)；
[0011]2)占據(jù)格點(diǎn):以一定的概率占據(jù)格點(diǎn)，均勻分布；格點(diǎn)可以分為三類(lèi):未占據(jù)(0)，占據(jù)且周?chē)空紦?jù)(2)，本身占據(jù)且周?chē)挥胁糠终紦?jù)(I);
[0012]第二步演化規(guī)則:
[0013]I)隨機(jī)在占據(jù)格點(diǎn)中選擇ー個(gè)周?chē)锌瘴坏母顸c(diǎn)(label為I的點(diǎn))；
[0014]2)找到所選格點(diǎn)最近的成核點(diǎn)；
[0015]3)計(jì)算占據(jù)格點(diǎn)到周?chē)瘴坏倪w移概率，以P=exp[-(U-Ue)/kT]為權(quán)重，其中U=U0-ln (r)，Uc=U0-ln (rc)，認(rèn)為U0是與溫度有關(guān)的函數(shù)，U。是移動(dòng)前膠態(tài)晶體陣列的勢(shì)能，U是移動(dòng)后的勢(shì)能，k代表玻爾茲曼常數(shù)、T代表自組裝溫度，r。代表格點(diǎn)與成核點(diǎn)間的距離；ln(r)的形式是考慮到粒子間所有相互作用，毛細(xì)作用カ的勢(shì)能占最主要作用；列出所有可能的遷移方向并按概率選出ー個(gè)方向；
[0016]4)計(jì)算可能的遷移方向，如果勢(shì)能有所減小，則接受這次試探行走；如果能量增カロ，則以P=exp [- (U-Uc) /kT]為接受概率；即所述接受概率為min {1，exp [- (U-Uc) /kT]}；
[0017]5)如果有所移動(dòng)，計(jì)算移動(dòng)所產(chǎn)生的能量變化，監(jiān)測(cè)能量變化，并重新標(biāo)記移動(dòng)涉及的各個(gè)格點(diǎn)；
[0018]6)重復(fù)以上步驟，直至能量基本不再變化時(shí)(對(duì)應(yīng)的物理情景就是膠液干燥的情形)即得出最優(yōu)參數(shù)。
[0019]該模型通過(guò)計(jì)算機(jī)模擬預(yù)言自組裝參數(shù)，結(jié)合熱處理，從而高效便捷地實(shí)現(xiàn)大面積小球晶體的自組裝。本發(fā)明的物理模型所涉及的蒙特卡羅算法實(shí)現(xiàn)代碼有多種，只要不脫離該算法和物理模型的范疇就是該專(zhuān)利所保護(hù)的范圍。
[0020]更進(jìn)一歩地，本發(fā)明提供了一種自組裝膠態(tài)晶體的制作方法，其具體步驟如下:[0021 ] (I)對(duì)基底按標(biāo)準(zhǔn)的RCA程序進(jìn)行清洗；
[0022](2)把清洗干凈的基底放入過(guò)氧化氫和濃硫酸的混合液中進(jìn)行親水化處理；
[0023](3)把直徑為IOOnm-3 ii m小球分散在分散系中，該液體與基底和小球浸潤(rùn)并且不易揮發(fā)，獲得特定濃度的膠液；
[0024](4)利用基于膠態(tài)晶體エ藝參數(shù)的物理模型模擬出適合的自組裝溫度；模擬時(shí)，輸入小球的直徑KUtl，能量不再變化判據(jù)8，然后輸入不同的組裝溫度T觀測(cè)得到模擬結(jié)果，找到最佳的組裝溫度；
[0025](5)把基底放在勻膠機(jī)中涂覆膠液薄膜，勻膠機(jī)的轉(zhuǎn)速和勻膠時(shí)間可調(diào)；
[0026](6)整個(gè)裝置放在恒溫的裝置中，溫度控制為25-90°C ;
[0027](7)干燥后，取出樣品，從不同角度可以看到各種色彩的膠態(tài)晶體。
[0028]優(yōu)選的，所述小球?yàn)榫郾饯诚┬∏?、ニ氧化硅小球或其他微米或者納米球狀物體。
[0029]優(yōu)選的，所述分散系為こ醇，水，こ醇和こニ醇的混合物。
[0030]優(yōu)選的，步驟(5)中所述勻膠機(jī)的轉(zhuǎn)速為0-9000轉(zhuǎn)/分鐘(優(yōu)選地100-8000轉(zhuǎn)/分鐘)和勻膠時(shí)間0-90秒可調(diào)(優(yōu)選地，5-85秒)。
[0031]本發(fā)明的制備方法中，一般而言，轉(zhuǎn)速越大，勻膠時(shí)間越長(zhǎng)，獲得單層密排膠態(tài)晶體所需的濃度越大。因此，合理地選擇ー個(gè)勻膠轉(zhuǎn)速和時(shí)間，調(diào)控膠液濃度就可以得到整個(gè)基片的膠態(tài)單晶；如，最優(yōu)選地，勻膠轉(zhuǎn)速300轉(zhuǎn)/分鐘，勻膠時(shí)間6秒時(shí)，得到的整個(gè)基片的膠態(tài)單晶最佳。對(duì)于組裝時(shí)，小球的分散系中こ醇和こニ醇的體積比優(yōu)選為10:1-5:1 ;更優(yōu)選地，こ醇和こニ醇的體積比為6:1。
[0032]進(jìn)ー步地，本發(fā)明提供了所述優(yōu)化膠態(tài)晶體エ藝參數(shù)的物理模型，制備得到的膠態(tài)晶體在納米印刷木，光電自學(xué)，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，生物傳感，表面等離子體和光子晶體等領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用。
[0033]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比如有以下優(yōu)點(diǎn)和積極效果:
[0034](I)本發(fā)明創(chuàng)建了膠態(tài)晶體在考慮液體蒸發(fā)的情形下的理論模型。
[0035](2)基于所創(chuàng)建的理論模型，引入了計(jì)算機(jī)模擬，極大地提高了自組裝膠態(tài)晶體的效率。該模型實(shí)驗(yàn)所用的算法高效便捷，不要求很大的計(jì)算資源，但得到的結(jié)果與實(shí)驗(yàn)高度吻合。本發(fā)明闡述了所用的方法，至于具體執(zhí)行該方法的代碼可以有多種。
[0036](3)本發(fā)明制備的膠態(tài)晶體適用于大范圍尺寸的小球(IOOnm-3 iim)組裝。
[0037](4)本發(fā)明制作的膠態(tài)晶體容易大面積(6英寸的圓硅片)制作，且重復(fù)性高。
[0038](5)本發(fā)明的制作エ藝巧妙地利用化學(xué)方法和自然界存在的力進(jìn)行組裝，無(wú)特殊裝置要求，成本低廉，易于產(chǎn)業(yè)化。
[0039](6)本發(fā)明所涉及的エ藝與エ業(yè)生產(chǎn)高度兼容。
[0040](7)本發(fā)明對(duì)于小球組裝具有普適性，可用于聚苯こ烯小球自組裝，也可以用于ニ氧化硅小球自組裝，還可以用于其他微米或者納米球狀物體的自組裝。
[0041](8)該方法可以在娃基，石英片，黃銅片等多種基底上組裝I父態(tài)晶體。
[0042](9)本發(fā)明涉及了一種新的小球分散液即こ醇和こニ醇和混合液，該液體不經(jīng)和基底和小球浸潤(rùn)性好，而且不容易揮發(fā)，有利于自組裝的進(jìn)行。
[0043]( 10)熱處理使得小球更好地進(jìn)行各態(tài)歷經(jīng)，從而找到最佳的能量最低態(tài)。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0044]圖1自組裝膠態(tài)晶體流程；
[0045]圖2不同分散系得到的膠態(tài)晶體(球徑為460nm)；
[0046]圖3直徑為460nm的聚苯こ烯小球組裝成單層膠態(tài)晶體；
[0047]圖4組裝得到的整個(gè)基片(6英寸)的膠態(tài)晶體的宏觀圖；
[0048]圖5不同濃度膠液對(duì)組裝膠態(tài)晶體的影響；
[0049]圖6直徑為IOOnm的聚苯こ烯小球組裝成單層膠態(tài)晶體；
[0050]圖7直徑為3 ii m的聚苯こ烯小球組裝成單層膠態(tài)晶體；
[0051]圖8實(shí)現(xiàn)直徑為500nm的ニ氧化硅小球組裝成單層膠態(tài)晶體。
【具體實(shí)施方式】
[0052]以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的具體技術(shù)方案進(jìn)行具體的說(shuō)明。
[0053]實(shí)施例1:不同分散系(こ醇，水，こ醇和こニ醇的混合物)對(duì)直徑為460nm的聚苯こ烯小球組裝成單層膠態(tài)晶體的影響。
[0054] (I)對(duì)基底按標(biāo)準(zhǔn)的RCA程序進(jìn)行清洗；
[0055](2)把清洗干凈的基底放入過(guò)氧化氫和濃硫酸的混合液中進(jìn)行親水化處理；
[0056](3)把直徑為460nm小球(聚苯こ烯小球)分別分散在こ醇，水，こ醇和こニ醇的混合物這三種溶劑中；膠液濃度為3%
[0057](4)把基底放在勻膠機(jī)中涂覆膠液薄膜，勻膠機(jī)參數(shù)為:轉(zhuǎn)速(300轉(zhuǎn)/分鐘)和勻膠時(shí)間(6秒)；
[0058](5)將勻膠得到的樣品放在恒溫的裝置中，溫度控制為70°C ；
[0059](6)干燥后，取出樣品。制備過(guò)程如圖1所示，圖2(a) (b) (C)分別為乙醇，水，乙醇和乙二醇為分散系得到的膠態(tài)晶體。顯然用乙醇和乙二醇為分散系效果最佳。
[0060]實(shí)施例2:利用本發(fā)明實(shí)現(xiàn)直徑為460nm的聚苯乙烯小球組裝成單層膠態(tài)晶體。[0061 ] (I)對(duì)基底按標(biāo)準(zhǔn)的RCA程序進(jìn)行清洗；
[0062](2)把清洗干凈的基底放入過(guò)氧化氫和濃硫酸的混合液中進(jìn)行親水化處理；
[0063](3)把直徑為460nm小球(聚苯乙烯小球)分散在乙醇和乙二醇的混合液里，該液體與基底和小球浸潤(rùn)并且不容揮發(fā)，獲得濃度為10%的膠液；
[0064](4)利用計(jì)算機(jī)模擬出適合的自組裝溫度。模擬時(shí)，輸入小球的直徑R=460nm，%=200，能量不再變化判據(jù)6=30。然后輸入不同的組裝溫度T觀測(cè)得到模擬結(jié)果，找到最佳的組裝溫度。結(jié)果表明最佳組裝溫度為60°C ;
[0065](5)把基底放在勻膠機(jī)中涂覆膠液薄膜，勻膠機(jī)參數(shù)為:轉(zhuǎn)速(300轉(zhuǎn)/分鐘)和勻膠時(shí)間(6秒)；
[0066](6)把勻膠得到的樣品放在恒溫的裝置中，溫度控制為60°C ；
[0067](7)干燥后，取出樣品，從不同角度可以看到各種色彩的膠態(tài)晶體，從某ー個(gè)角度拍攝得到的宏觀圖如圖3。顯然聚苯乙烯小球鋪滿(mǎn)了整個(gè)基片且空間高度有序(圖4)。
[0068]實(shí)施例3:利用本發(fā)明探究直徑為460nm的聚苯乙烯小球吋，濃度對(duì)組裝單層膠態(tài)晶體的影響。
[0069]( I)對(duì)基底按標(biāo)準(zhǔn)的RCA程序進(jìn)行清洗；
[0070](2)把清洗干凈的基底放入過(guò)氧化氫和濃硫酸的混合液中進(jìn)行親水化處理；
[0071](3)把直徑為460nm小球(聚苯乙烯小球)分散在乙醇和乙二醇的混合液里，該液體與基底和小球浸潤(rùn)并且不容揮發(fā)，獲得濃度為10%的膠液；
[0072](4)把基底放在勻膠機(jī)中涂覆膠液薄膜，勻膠機(jī)參數(shù)為:轉(zhuǎn)速(300轉(zhuǎn)/分鐘)和勻膠時(shí)間(6秒)；對(duì)膠液濃度分別為4%，10%, 13%，按該參數(shù)分別勻膠得到樣品。
[0073](6)將所有樣品放在恒溫的裝置中，實(shí)施例2已經(jīng)表明該對(duì)于球徑為460nm的小球的最佳組裝溫度為60，因此將組裝溫度控制為60°C ；
[0074](7)干燥后，取出樣品。膠液濃度為4%，10%, 13%得到的樣品的掃描電鏡結(jié)果圖如圖5(a) (b) (C)所示。顯然，濃度太低會(huì)導(dǎo)致小球排不滿(mǎn)基片，而濃度太高則會(huì)導(dǎo)致膠態(tài)晶體多層，只有適合的濃度才能使得到的膠態(tài)晶體為單層密排。
[0075]實(shí)施例4:利用本發(fā)明實(shí)現(xiàn)直徑為IOOnm的聚苯乙烯小球組裝成單層膠態(tài)晶體。
[0076](1)對(duì)基底按標(biāo)準(zhǔn)的RCA程序進(jìn)行清洗；
[0077](2)把清洗干凈的基底放入過(guò)氧化氫和濃硫酸的混合液中進(jìn)行親水化處理；
[0078](3)把直徑為IOOnm小球(聚苯乙烯小球)分散在乙醇和乙二醇的混合液里，該液體與基底和小球浸潤(rùn)并且不容揮發(fā)，獲得濃度為8%的膠液；
[0079](4)利用計(jì)算機(jī)模擬出適合的自組裝溫度。模擬時(shí)，輸入小球的直徑R=IOOnm,U0=200，能量不再變化判據(jù)6=30。然后輸入不同的組裝溫度T觀測(cè)得到模擬結(jié)果，找到最佳的組裝溫度。結(jié)果表明最佳組裝溫度為65°C ;
[0080](5)把基底放在勻膠機(jī)中涂覆膠液薄膜，勻膠機(jī)參數(shù)為:轉(zhuǎn)速(300轉(zhuǎn)/分鐘)和勻膠時(shí)間(6秒)；[0081](6)把樣品放在恒溫的裝置中自組裝，溫度控制為65°C ；
[0082](7)干燥后，取出樣品，從不同角度可以看到各種色彩的膠態(tài)晶體(圖6)。
[0083]實(shí)施例5:利用本發(fā)明實(shí)現(xiàn)直徑為3 U m的聚苯こ烯小球組裝成多層膠態(tài)晶體。
[0084](I)對(duì)基底按標(biāo)準(zhǔn)的RCA程序進(jìn)行清洗；
[0085](2)把清洗干凈的基底放入過(guò)氧化氫和濃硫酸的混合液中進(jìn)行親水化處理；
[0086](3)把直徑為3 U m小球(聚苯こ烯小球)分散在こ醇和こニ醇的混合液里，該液體與基底和小球浸潤(rùn)并且不容揮發(fā)，獲得濃度為3%的膠液；
[0087](4)利用計(jì)算機(jī)模擬出適合的自組裝溫度。模擬時(shí)，輸入小球的直徑R=3 Pm，=200，能量不再變化判據(jù)6=30。然后輸入不同的組裝溫度T觀測(cè)得到模擬結(jié)果，找到最佳的組裝溫度。結(jié)果表明最佳組裝溫度為80°C ;
[0088](5)把基底放在勻膠機(jī)中涂覆膠液薄膜，勻膠機(jī)參數(shù)為:轉(zhuǎn)速(300轉(zhuǎn)/分鐘)和勻膠時(shí)間(6秒)；[0089](6)勻膠得到的樣品放在恒溫的裝置中自組裝，溫度控制為80°C ；
[0090](7)干燥后，取出樣品保存?zhèn)溆?，從不同角度可以看到各種色彩的膠態(tài)晶體(圖
7)。顯然聚苯こ烯小球鋪滿(mǎn)了整個(gè)基片且空間高度有序。
[0091]實(shí)施例6:利用本發(fā)明實(shí)現(xiàn)直徑為500nm的ニ氧化硅小球組裝成單層膠態(tài)晶體。
[0092](I)對(duì)基底按標(biāo)準(zhǔn)的RCA程序進(jìn)行清洗；
[0093](2)把清洗干凈的基底放入過(guò)氧化氫和濃硫酸的混合液中進(jìn)行親水化處理；
[0094](3)把直徑為500nm小球(ニ氧化硅小球)分散在こ醇和こニ醇的混合液里，該液體與基底和小球浸潤(rùn)并且不容揮發(fā)，獲得濃度為7%的膠液；
[0095](4)利用計(jì)算機(jī)模擬出適合的自組裝溫度。模擬時(shí)，輸入小球的直徑R=500nm，=300，能量不再變化判據(jù)6=30。然后輸入不同的組裝溫度T觀測(cè)得到模擬結(jié)果，找到最佳的組裝溫度。結(jié)果表明最佳組裝溫度為75°C ；
[0096](5)把基底放在勻膠機(jī)中涂覆膠液薄膜，勻膠機(jī)參數(shù)為:轉(zhuǎn)速(350轉(zhuǎn)/分鐘)和勻膠時(shí)間(6秒)；
[0097](6)把樣品放在恒溫的裝置中自組裝，溫度控制為75°C ；
[0098](7汗燥后，取出樣品，從不同角度可以看到各種色彩的膠態(tài)晶體(圖8)。顯然ニ氧化硅小球鋪滿(mǎn)了整個(gè)基片且空間高度有序。
[0099]本發(fā)明說(shuō)明書(shū)中未作詳細(xì)描述的內(nèi)容屬于本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員公知的現(xiàn)有技木。
[0100]以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，需要指出的是，這些實(shí)施例僅用于說(shuō)明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍，而且，在閱讀了本發(fā)明的內(nèi)容之后，本領(lǐng)域相關(guān)技術(shù)人員可以對(duì)本發(fā)明做出各種改動(dòng)或修改，這些等價(jià)形式同樣落入本申請(qǐng)所附權(quán)利要求書(shū)所限定的范圍。
【權(quán)利要求】
1.ー種基于計(jì)算機(jī)模擬的熱處理輔助自組裝膠態(tài)晶體，其特征在于，該晶體通過(guò)建立用于門(mén)特卡羅算法的優(yōu)化膠態(tài)晶體エ藝參數(shù)的物理模型，并通過(guò)該模型模擬預(yù)言最優(yōu)的自組裝溫度等エ藝參數(shù)；同時(shí)結(jié)合勻膠法，調(diào)控組裝小球晶體時(shí)的其他若干參數(shù)，獲得大面積的膠態(tài)單晶。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于計(jì)算機(jī)模擬的熱處理輔助自組裝膠態(tài)晶體，其特征在于，所述膠態(tài)晶體エ藝參數(shù)的物理模型和門(mén)特卡羅算法表述建立步驟如下: 第一步設(shè)定初始構(gòu)型(初態(tài)): 1)成核點(diǎn):隨機(jī)在網(wǎng)格中選擇某些格點(diǎn)，作為成核點(diǎn)； 2)占據(jù)格點(diǎn):以一定的概率占據(jù)格點(diǎn)，均勻分布；格點(diǎn)可以分為三類(lèi):未占據(jù)(0)，占據(jù)且周?chē)空紦?jù)(2)，本身占據(jù)且周?chē)挥胁糠终紦?jù)(I)； 第二步演化規(guī)則: 1)隨機(jī)在占據(jù)格點(diǎn)中選擇ー個(gè)周?chē)锌瘴坏母顸c(diǎn)(label為I的點(diǎn))； 2)找到所選格點(diǎn)最近的成核點(diǎn)； 3)計(jì)算占據(jù)格點(diǎn)到周?chē)瘴坏倪w移概率，以P^xpt-^-Uj/kT]為權(quán)重，其中U=U0^ln (r)，Uc=U0^ln (rc)，認(rèn)為U0是與溫度有關(guān)的函數(shù)，U。是移動(dòng)前膠態(tài)晶體陣列的勢(shì)能，U是移動(dòng)后的勢(shì)能，k代表玻爾茲曼常數(shù)，T代表組裝溫度，rc是格點(diǎn)與成核點(diǎn)間的距離；ln(r)的形式是考慮到粒子間所有相互作用，毛細(xì)作用カ的勢(shì)能占最主要作用；列出所有可能的遷移方向并按概率選出ー個(gè)方向； 4)計(jì)算可能的遷移方向，如果勢(shì)能有所減小，則接受這次試探行走；如果能量増加，則以P=exp [- (U-Uc) /kT]為接受概率；即所述接受概率為min {1，exp [- (U-Uc) /kT]}； 5)如果有所移動(dòng)，計(jì)算移動(dòng)所產(chǎn)生的能量變化，監(jiān)測(cè)能量變化，并重新標(biāo)記移動(dòng)涉及的各個(gè)格點(diǎn)； 6)重復(fù)以上步驟，直至能量基本不再變化時(shí)即得出最優(yōu)參數(shù)。
3.一種自組裝膠態(tài)晶體的制作方法，其具體步驟如下: (1)對(duì)基底按標(biāo)準(zhǔn)的RCA程序進(jìn)行清洗； (2)把清洗干凈的基底放入過(guò)氧化氫和濃硫酸的混合液中進(jìn)行親水化處理； (3)把直徑為IOOnm~3y m小球分散在分散系中，該液體與基底和小球浸潤(rùn)并且不易揮發(fā)，獲得特定濃度的膠液； (4)利用基于膠態(tài)晶體エ藝參數(shù)的物理模型的門(mén)特卡羅算法模擬出適合的自組裝溫度；模擬時(shí)，輸入小球的直徑R，Utl，能量不再變化判據(jù)8，然后輸入不同的組裝溫度T觀測(cè)得到模擬結(jié)果，找到最佳的組裝溫度； (5)把基底放在勻膠機(jī)中涂覆膠液薄膜，勻膠機(jī)的轉(zhuǎn)速和勻膠時(shí)間可調(diào)； (6)整個(gè)裝置放在恒溫的裝置中，溫度控制為25~90°C； (7)干燥后，取出樣品，從不同角度可以看到各種色彩的膠態(tài)晶體。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述小球?yàn)榫郾揭蚁┬∏颉⒍趸栊∏蚧蚱渌⒚谆蛘呒{米球狀物體。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述分散系為乙醇，水，乙醇和乙二醇的混合物。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述分散系中乙醇和乙二醇的體積比為10:1 -5:1。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，步驟(5)中所述勻膠機(jī)的轉(zhuǎn)速為0-9000轉(zhuǎn)/分鐘和勻膠時(shí)間0-90秒可調(diào)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，步驟(5)中所述勻膠機(jī)的轉(zhuǎn)速為100-8000轉(zhuǎn)/分鐘和勻膠時(shí)間為5-85秒。
9.一種通過(guò)優(yōu)化膠態(tài)晶體エ藝參數(shù)的數(shù)學(xué)模型，及其組裝得到的膠態(tài)晶體在納米印刷木，光電子學(xué)，數(shù)據(jù) 存儲(chǔ)，生物傳感，表面等離子體和光子晶體等領(lǐng)域的應(yīng)用。
【文檔編號(hào)】C30B33/02GK103451737SQ201310360091
【公開(kāi)日】2013年12月18日 申請(qǐng)日期:2013年8月16日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月16日
【發(fā)明者】吳以治, 許小亮 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)