技术摘要：
本发明提供了一种聚合物纳米森林结构薄膜的制备及调控方法。该聚合物纳米森林结构薄膜的制备方法为：首先将溶解于甲苯溶剂的TMP溶液与聚合物溶液进行一定体积比共混，通过搅拌配置成透明的TMP和聚合物的混合溶液，然后将该混合溶液在基底上旋涂，即在基底上制备一层聚  全部
背景技术：
聚合物纳米森林结构的薄膜因其具有大比体表、多孔隙等特殊的表面效应而被广 泛应用在生物检测，存储器及光电探测等器件上，其直接影响到器件的工作性能、制备成本 以及应用范围。一种原料广泛、普适性强，环境友好，所用设备和制备过程简单，方便快捷的 聚合物纳米森林结构薄膜可以有效提高所集成器件的性能并降低制备成本、拓宽应用范 围。 目前已经有多种聚合物纳米森林结构薄膜的制备方法被报道出来，包括电子束曝 光、纳米小球刻蚀以及溶液旋涂技术，然而这些技术仍然存在很大的缺陷。其中，电子束曝 光技术需要依赖贵重设备且属于串行加工，使得聚合物纳米森林结构薄膜的制备变得耗资 又耗时，难以实现大面积推广；纳米小球刻蚀技术结合各向异性刻蚀可以并行制备聚合物 纳米森林结构薄膜。但单层排布纳米小球的图案化需要苛刻的控制调控，而且难以实现大 面积单层纳米小球的排列。由此增加了工艺难度，继而实现该技术在器件中的应用。而溶液 旋涂技术虽然操作简单，可以大面积制备纳米森林结构的薄膜，但目前通过该技术能实现 纳米森林结构薄膜的材料仅局限于PS和PMMA混合体系。严重影响了其他绝缘聚合物或半导 体聚合物纳米森林结构薄膜的发展。 因此，出于聚合物纳米森林结构薄膜普适性制备、调控、加工成本及器件应用等方 面的综合考虑，亟待开发一种普适性制备形貌、性能可控的聚合物纳米森林结构薄膜的方 法。
技术实现要素：
本发明的目的是提供一种聚合物纳米森林结构薄膜的制备及调控方法，以解决现 有技术尚未能通过简单的旋涂法普适性制备多种以上聚合物纳米森林结构薄膜的问题。 为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种聚合物纳米森林结构的 制备方法，包括以下步骤： (1)将一定质量的TMP和聚合物材料分别溶解于一定体积的甲苯溶剂中，通过搅拌 分别配置浓度相同的TMP溶液和聚合物溶液； (2)将制得的TMP溶液和聚合物溶液按照一定溶液体积比进行共混，搅拌，得到混 合溶液； (3)将基底依次用丙酮、乙醇和去离子水各超声清洗若干分钟，再用高纯氮气将基 底表面液态吹干，之后放入烘箱中烘干； (4)将烘干后的洁净基底使用紫外臭氧处理3-5分钟； (5)将步骤(2)中所得的TMP和聚合物混合物在步骤(3)-(4)所述的衬底上进行旋 4 CN 111607113 A 说　明　书 2/4 页 涂，获得聚合物纳米森林结构薄膜。 上述聚合物纳米森林结构薄膜，其特征在于：纳米柱直径在0.1-0.5μm，长度为3- 15nm，具有大面积均匀性，沉积在基底上的薄膜厚度在50-100nm。 上述TMP的全称为分子全称为4-羟基-2，2，6，6-四甲基哌啶醇，该分子为一类商业 材料，其CAS号为2403-88-5，其结构式为： 所述步骤(1)，(2)和(5)中，聚合物包括聚9，9-二辛基芴(PFO)，聚乙烯基咔唑 (PVK)，聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)，聚苯乙烯(PS)，聚3-已基噻吩(P3HT)中的任一种。 所述步骤(3)和(4)中，基底材料包括金、铜、硅、二氧化硅、铝、和聚酯薄膜(PET)中 的任一种。 所述步骤(2)中，TMP溶液和聚合物溶液的体积比为5∶1。 所述步骤(1)和(2)中，TMP溶液和聚合物溶液，以及两种溶液共混的搅拌时间为1- 5分钟，判断标准是目标溶液为澄清状。 所述步骤(5)中，旋涂速度为3500r/min，旋涂时间为30s。 根据本发明的另一方面，提供了一种聚合物纳米森林结构薄膜的调控方法，包括 以下步骤：采用上述的聚合物纳米森林结构薄膜的制备方法，其中，对所述制备方法的步骤 (1)中的各浓度进行调整，或对所述制备方法的步骤(2)中的各溶液体积比进行调控，或对 所述制备方法的制备步骤(5)中的旋涂速率和旋涂时间进行调控，以得不同纳米柱密度和 高度的所述聚合物纳米森林结构薄膜。 随着TMP体积的逐渐增加，纳米森林结构薄膜中纳米柱的密度逐渐增加，相应的高 度逐渐减小；随着旋涂速率的逐渐增加，纳米森林结构薄膜中纳米柱的密度逐渐增加，相应 的高度逐渐减小；随着旋涂时间的逐渐增加，纳米森林结构薄膜中纳米柱的密度逐渐增加， 相应的高度逐渐减小。 应用本发明的技术方案，提供了一种聚合物纳米森林结构薄膜的制备方法，该发 明以TMP为添加剂，混合聚合物后采用旋涂工艺制备了纳米森林结构薄膜。该技术工艺具有 以下有益效果： 1、本发明采用简单的旋涂策略，操作简易，成本低廉。 2、本发明通过在聚合物中添加TMP，可实现绝缘体和半导体等多种聚合物纳米森 林结构薄膜的普适性制备，材料种类多，适用范围广。 3、本发明的聚合物纳米森林结构薄膜具有强烈的制备条件依赖特征，有利于形貌 的理性可调。 4、本发明做出的聚合物森林结构薄膜形貌规则，尺寸均一，展现了此类结构在各 类光电子器件中的应用潜力。 综上，本发明实现了多种聚合物材料纳米森林结构薄膜的普适性可控制备。通过 5 CN 111607113 A 说　明　书 3/4 页 相应的浓度、体积比和旋涂等条件的改变，实现了这种聚合物薄膜的调控与优化。源材料的 广泛性与制备工艺的普适性展现了该发明在各领域的应用潜力。 附图说明 图1为实施例1制备的聚合物PFO纳米森林结构薄膜的原子力显微镜(AFM)图(图 1A)，AFM侧面图(图1B)和高度曲线图(图1C)； 图2为实施例2制备的在不同PFO和TMP体积条件下聚合物PFO纳米森林结构薄膜的 原子力显微镜(AFM)图：图2A对应的体积比为VPFO∶VTMP＝1∶3，图2B对应的体积比为VPFo∶VTMP ＝1∶4，图2C对应的体积比为VPFO∶VTMP＝1∶10。 图3为实施例3制备的在不同旋涂速率条件下聚合物PFO纳米森林结构薄膜的原子 力显微镜(AFM)图：图3A对应的速率为500r/min，图3B对应的速率为1000r/min，图3C对应的 速率为2000r/min，图3D对应的速率为4000r/min，图3E对应的速率为6000r/min，图3F对应 的速率为10000r/min。 图4为实施例4制备的在不同旋涂时间条件下聚合物PFO纳米森林结构薄膜的原子 力显微镜(AFM)图：图4A对应的时间为5s，图4B对应的时间为10s，图4C对应的时间为20s，图 4D对应的时间为30s，图4E对应的时间为50s，图4F对应的时间为30s。 图5为实施例5制备的在不同基底材料条件下聚合物PFO纳米森林结构薄膜的原子 力显微镜(AFM)图：图5A对应的基底材料为玻璃，图5B对应的基底材料为氧化铟锡，图5C对 应的基底材料为铝，图5D对应的基底材料为铜。 图6为实施例6制备的在不同聚合物材料条件下相应聚合物纳米森林结构薄膜的 原子力显微镜(AFM)图：图6A对应的聚合物为P3HT，图6B对应的聚合物为POFPF，图6C对应的 聚合物为PVK，图6D对应的聚合物为PMMA，图6E对应的聚合物为PS，图6F对应的聚合物为 PPFOH。