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液体软模板可控印刷颗粒精细组装结构图案

印刷是一种在基材上实现图案化的重要方法。如果墨水是含有微纳米颗粒的液体,有无可能在印刷的同时控制颗粒的组装,进而可复制地实现组装结构图案的精细调控和图案化呢?近日,中国科学院化学研究所宋延林点击查看介绍团队利用微模板控制产生的毛细液桥作为液体软模板,通过调控液体粘度,实现了对锯齿型和线型的颗粒组装结构的精细调控


精确控制颗粒的一维组装形貌是纳米科技一个研究热点。发展普适便捷、绿色环保的组装方法具有重要的科学价值和应用前景。但目前对于颗粒的一维组装形貌的调控,存在方法复杂、结构取向难以控制等难题。另外,已报道的利用光刻沟槽或分子自组装形成的微纳米管等固体模板法控制颗粒的一维组装,难以将最终的组装结构与模板分离,而且组装结构的取向很难精细控制。


中国科学院化学研究所团队开发的液体软模板法巧妙地解决了上述难题。他们通过设计微模板诱导液膜破裂,产生图案化的毛细液桥作为液体软模板。受到毛细流的带动,颗粒在液体软模板的限域条件下实现组装。他们观察到,颗粒的组装过程经过一个中间态,之后转化形成最终的组装结构。在向最终结构的转化过程中,颗粒的组装行为受到体系粘度的影响。在低粘度体系中,颗粒最终转化为紧密排列结构;在高粘度体系中,颗粒向紧密排列结构的转化受到阻碍,最终形成特殊的锯齿形结构。通过控制液体软模板的宽度,可以产生不同的中间态结构,在体系粘度的调控下,最终可控形成多种组装结构。组装区域在液体软模板的限制下逐渐延伸,就可以实现组装结构的取向控制和图案化。随着组装结构的形成,液体模板最终消失,通过基底与微模板的简单分离,可以在基底上“印刷”得到精细的结构图案,而微模板也象“印版”一样可以重复利用。值得指出的是,该方法对颗粒的组装无需颗粒间的特异性相互作用,因而对于不同材料的颗粒组装具有普适性。


该液体软模板控制颗粒的限域组装,作为一种简单绿色的印刷方法,有效地实现了多种材料颗粒的精细组装和图案化,对于印刷制备精细微纳米结构及光电器件具有重要意义。


这一成果近期发表在Angewandte Chemie International Edition 上,文章的第一作者是中科院化学研究所博士研究生郭丹


该论文作者为:Dan Guo, Chang Li, Yang Wang, Yanan Li, Yanlin Song

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Precise Assembly of Particles for Zigzag or Linear Patterns

Angew. Chem. Int. Ed., 2017, 56, 15348–15352, DOI: 10.1002/anie.201709115


宋延林研究员简介


宋延林,1996年于北京大学化学系获博士学位;1996-1998年清华大学化学系博士后。现任中国科学院化学研究所研究员、博士生导师、绿色印刷重点实验室主任,杰青,长江学者特聘教授。


主要从事光电功能材料、纳米材料与绿色印刷技术研究。作为首席科学家或项目负责人主持国家纳米重大研究计划等项目30余项。已发表SCI 收录论文300余篇,被他人引用10,000余次,并多次被作为研究亮点报道。主持和参加编写英文专著9部,中文专著1部;获授权中国发明专利80余项,美国、日本、欧盟、韩国等授权发明专利22项。获 2008年和2005 年国家自然科学二等奖,2016年北京市科学技术一等奖。先后获中国青年科技奖、中国化学会-阿克苏诺贝尔化学奖、亚洲化学联合会经济发展杰出贡献奖、中国科学院杰出青年、中国科协求是杰出青年成果转化奖、毕昇印刷技术奖和中华印制大奖等。入选首批科技北京领军人才、科技部中青年科技创新领军人才、万人计划领军人才、国家百千万人才工程及全国优秀科技工作者等。


http://www.x-mol.com/university/faculty/15559


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