液桥法组装微纳米材料中的流体动力学研究开题报告

1. 研究目的与意义

纳米材料由于其特有的量子效应、表面效应和尺寸效应在化学性质以及光电磁热力等物理性质方面显示出特有的性质。随着纳米材料合成方法的研究和开发以及纳米材料在各行业应用方面的潜在巨大应用价值的体现，实现不同种类纳米材料的可控有序组装，开发纳米材料在光学元件、微电子电路、传感器、磁性器件等方面的潜在应用价值，受到了人们极为广泛的关注。特别是利用简单方法实现功能性纳米材料的有序组装，制备高精度、有序可控的纳米材料在功能薄膜器件等方面具有巨大的应用价值。

纳米材料的组装是连接纳米材料科技和电子器件制备微型化的桥梁。因此，随着电子器件向微型化方面发展，社会对于纳米材料简单高精度组装的需求也愈加迫切，并进行了相关的研究和探索。目前，纳米材料图案化组装技术主要有两种：以光刻技术为核心的“自上而下”（top-down）的方法通过微加工或固态技术得到尺寸不断微型化的功能产品，主要包括光刻蚀法、离子束刻蚀法、喷墨打印法、纳米压印法等；以自组装技术为核心的“自下而上”（bottom-up）的方法是以分子、纳米材料作为基本结构基元，利用化学或生物学技术通过一定的相互作用，按照个人的主观意愿进行设计和组装，形成比较特殊的纳米结构，主要包括探针直写、蘸笔印刷、电场组装法等技术。无论是“自上而下”的微加工技术，还是“自下而上”的自组装技术都由于模板制备复杂、模板去除困难、成本代价大或严重污染环境等因素无法大规模应用到实际生产中，制约了纳米材料在功能器件制备方面的应用。因此，探索开发更加简单便捷、高效、环保的纳米材料组装技术具有重大意义。

基于液桥法组装纳米粒子的技术结合“自上而下”和“自下而上”两种组装方法的优势，在经过设计的微加工模板上引导纳米粒子的自组装得到有序的高精确度图案，展示了一种新型的微纳米图案制备技术。然而，目前对这种纳米材料自组装技术组装过程中纳米粒子组装液的动态行为以及其他影响组装效果的因素研究还处于空白阶段。因此，观察研究液桥法组装纳米材料的具体过程并发现其中的组装规律对进一步了解液桥法组装纳米粒子和制备更加可控有序的高精度微纳米图案具有重大意义。

2. 研究内容和预期目标

本论文开展的研究主要有以下几个方面:

1．进一步研究了基于液桥法微纳米图案组装过程中纳米粒子组装液的流动流动行为。设计了一系列具有特定图案的硅柱模板，以硅柱模板和抛光硅片分别作为上基板和下基板，在上、下基板之间填充纳米粒子溶液以组成“三明治”结构。分析研究了硅柱的形貌、硅柱的间距以及表面活性剂对纳米粒子溶液在液桥法微纳米图案组装过程中液体流动的影响。

2．基于对液桥法组装微纳米图案组装过程中流体行为的研究，设计了一系列具有不同硅柱排列的硅片模板，在此模板上利用液桥法对银纳米粒子进行自组装，制备具有不同排列的银纳米粒子二维图案，并对组装结果进行电性能测试。

3. 研究的方法与步骤

通过设计模板表面的柱状微结构排列形状，研究这种模板表面的柱状微结构排列形状对组装过程中纳米粒子组装液流体动态行为的影响。基于对液桥法组装微纳米图案过程中流体行为的研究,在模板上利用液桥法对银纳米粒子进行自组装，制备具有不同排列的银纳米粒子二维图案。

1、通过对比实验研究不同硅柱排列对纳米粒子溶液组装过程的影响。

2、通过设计柱子的半径、柱子之间的间距以及组装液中是否含有sds，进行对比实验研究其对纳米粒子溶液组装过程的影响。

3、基于对液桥法组装微纳米图案过程中流体行为的研究，在不同图案的模板下组装银纳米粒子。

4. 参考文献

［1］su b, zhang c, chen s, et al. a general strategy for assembling nanoparticles in one dimension[j]. advanced materials, 2014, 26(16): 2501-2507.

［2］su m, huang z, huang y, et al. swarm intelligence‐inspired spontaneous fabrication of optimal interconnect at the micro/nanoscale[j]. advanced materials, 2016.

［3］chen s, su m, zhang c, et al. fabrication of nanoscale circuits on inkjet‐printing patterned substrates[j]. advanced materials, 2015, 27(26): 3928-3933.

5. 计划与进度安排

1，2022-02-26～2022-03-20 查阅文献，制定实验方案，准备实验用品。

2，2022-03-21～2022-04-14 熟悉纳米颗粒组装的实验过程，掌握基本的实验操作，并开始实验。

3，2022-04-15～2022-04-20 完成前期工作，分析处理实验数据，总结分析实验内容。