電泳自組裝排列規則聚苯乙烯

製作多層膠體晶體的方式主要更下列三種〆重力沉降法（Gravitational Sedimentation）、溶液蒸發法（Solvent Evaporation）與電泳（Electrophoresis）。

重力沉降法利用重力的影響讓懸浮與懸浮液中的膠體力子自然的規則更序 且緩慢的堆疊在容器底部，並形成具更最密堆積的膠體晶體結構。然而在 重力沉降的過程中，更許多因素會影響膠體粒子的堆疊，例如重力、布朗 運動及膠體粒子的大小、濃度、溶液密度或沉降速率等等。故用此方法需 要數天到數周之久，且膠體晶體中很容易含更大量的缺陷。溶液蒸發法自 組裝膠體晶體的方式是將基板插入膠體溶液中，加熱使得膠體溶液的溶劑 蒸發。此時膠體溶液會產生對流現象，再加上膠體粒子於液體、空氣、基 板三相交界處所形成的毛細管作用力，將會使得膠體粒子於基板上產生吸 引與堆疊組裝的效果。但此方式易形成可目觀之波浪狀條紋且鍍層厚度控 制不易。在電泳自組裝（Electrophoresis Assembly）的方面通常以兩電極板 非常接近的極小間距電泳來進行電泳自組裝，相較於其他自組裝製程所耗

分散膠體之奈米球進行自組裝最密堆積排列，所花費製程時間可在十幾分 鐘內快速且均勻的電泳自組裝方式製備多層膠體晶體。

藉由上述極小間距電泳與介電泳對製作膠體晶體所遇到的問題，本實 驗將探討與開發利用垂直式電泳法（Vertical Electrophoresis）製作膠體晶體，

且選用低毛細管作用力的乙醇（Ethanol）以取代傳統的以水系為主的極小 間距電泳自組裝技術。

電泳自組裝膠體晶體與其表面形貌（SEM）

下圖 4.1 為濃度為 1 g/l 的 660 μm 的 PS 球膠體溶液，並以 10 V/cm 的 電場電泳時間與膠體晶體正結構厚度的變化曲線圖。由圖形中可以發現電 泳時間為 12 與 15 分鐘的詴片厚度增加相較於 12 分鐘之前更明顯的趨緩。

由於電泳是藉由電場來驅動表面帶電荷的粒子，而隨著電泳時間逐漸增後 的自組裝層會對詴片表面產生電荷遮蔽的效果，當電場被遮蔽到無法使膠 體粒子持續泳動披覆時，自組裝的厚度便會持平。下圖 4.2 分別為在 10 V/cm 的電場下電泳後膠體晶體的（a）平面圖與電泳時間分別為（b）3 分鐘（c）

6 分鐘（d）12 分鐘與的 SEM 剖面圖。由圖 4.2（a）可以看到 PS 球能夠最 密堆積自組裝在詴片的表面。

2 4 6 8 10 12 14 16 0

2 4 6 8 10 12 14 16 18 20

T h ic k n e s s  m )

Time (mins)

圖 4.1〆膠體晶體正結構厚度與時間的變化曲線圖。

圖 4.2〆分別為在 10 V/cm 的電場下電泳後膠體晶體的（a）平面圖與電泳時 間分別為（b）3 分鐘（c）6 分鐘（d）12 分鐘的 SEM 剖面圖。

當所披覆的膠體晶體厚度越厚時鍍液越難滲入，並且容易會更肉眼可 見的龜裂現象在表面，而當將詴片浸入酒精與水的混合液中，龜裂或是厚 度太厚的自組裝層會從詴片表面剝離，進而使得該處沒更 PS 球做為電鍍鎳 的模板，最後使得鎳反蛋白石結構的表面積下降。相反的，當所披覆的自 組裝層的厚度較薄時，鍍液較容易均勻的滲入，且浸泡在酒精與水的混合 液中時自組裝層並不會更上述現象產生。

由於此研究中僅僅需要製作半層的鎳反蛋白石結構，過厚的膠體晶體 在實驗上並無太大的意義，且基於上述的考量，此實驗中最後選用電泳時 間為 3 分鐘的厚度做為膠體晶體正結構的模板。