[發明專利]具有納米孔及其復合結構的納米線材料的制備方法

有效

• 申請號: 200710044761.7
• 申請日: 2007-08-10
• 公開（公告）號: CN101139081A
• 公開（公告）日: 2008-03-12
• 發明（設計）人: 陳鑫;孫艷;樂陽;戴寧
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海技術物理研究所
• 主分類號: B82B3/00
• 分類號: B82B3/00
• 代理公司: 上海新天專利代理有限公司
• 代理人: 郭英

技術領域

本發明涉及納米材料與技術，具體是指一種利用模板自組裝技術來制備具有納米孔及其復合結構的納米線的方法。

背景技術

納米材料與結構(量子點、納米孔，納米線或納米管等)是當今納米科學與技術研究的前沿課題，對半導體工業，催化工業，分離技術以及生物技術等方面進一步發展有著重要的影響。經過多年的努力，人們已經在自組裝，納米材料的制備與應用，分子與納米電子學等眾多研究領域都取得了巨大的進步。基于分子自組裝技術，人們能夠實現有機小分子和大分子的自組裝單層以及有序結構。自組裝技術還進一步被應用到誘導組裝，納米材料有序組裝等研究領域。這些研究為自組裝結構和方法在納米材料制備，納米器件構筑以及分子電子學前沿研究中的堅實地位奠定了基礎。作為組裝體中重要的基礎材料，嵌段共聚物不僅在相分離結構領域中被廣泛地研究，還在制備有序結構模板方面有出色的表現。相區尺寸和結構可調的嵌段聚合物能為納米結構的制備提供一個好的載體模板。嵌段聚合物與納米孔結構在控制納米結構構筑與組裝等方面的應用研究已得到了廣泛的認同。隨著近年來組裝技術以及納米材料與技術進一步發展，人們迫切需要開展對模板組裝技術在納米材料制備及其納米結構控制與應用等基本科學問題方面的研究。因此，具有納米孔結構的納米線及其復合結構的制備能夠提供一種研究途徑。雖然人們采用不同物理與化學方法以及模板技術能夠制備出不同納米線材料，但是具有納米孔結構的納米線的制備仍然是基于濕化學方法制備納米線材料技術研究中重要的熱點和難點。

發明內容

本發明的目的是提供一種簡單可行的具有納米孔及其復合結構的納米線材料的制備方法。該方法是利用模板自組裝技術誘導納米線前驅體材料與嵌段聚合物組成的復合物在限域多孔模板的孔中形成納米線結構，通過控制嵌段聚合物自組裝過程和模板除去過程來驅動納米孔結構或復合納米孔結構在納米線中形成。

本發明的制備具有納米孔及其復合結構的納米線材料的方法包括如下步驟：

1.前驅體溶液的制備

前驅體溶液由納米線基底材料、嵌段聚合物和溶劑以重量比1∶0.1～06∶20～80配制，放入一容器中，在常溫下攪拌直至溶解即可得到制備納米線的前驅體溶液。

所說的納米線基底材料為硅氧烷化合物或鈦酸酯類化合物。

所說的硅氧烷化合物為四甲氧基硅烷或四乙氧基硅烷。

所說的鈦酸酯類化合物為鈦酸丁酯。

或者在上述的硅氧烷化合物或鈦酸酯類化合物中摻入小于10％的含有金屬元素的無機或有機化合物：Pt(acac)₂或Pd(acac)₂或HAuCl₄。

所說的嵌段聚合物為由不同分子量的聚氧化乙烯或聚乙烯基吡啶聚合物鏈段和聚苯乙烯或聚氧化丙烯聚合物鏈段組成的兩嵌段或三嵌段聚合物。

所說的溶劑為有機溶劑和酸水溶液的混合物，它們的體積比為100-500∶1。

所說的有機溶劑為乙醇或甲醇或四氫呋喃或三氯甲烷與甲苯或苯的混合物，它們的體積比為2∶0～1。

所說的酸水溶液為0.01摩爾/升-10摩爾/升的鹽酸或硫酸或磷酸。

2.具有納米孔及其復合結構的納米線的制備

在常溫下，將多孔模板浸入在上述配制好的前驅體溶液中，直至前驅體溶液中的有機溶劑自然揮發完。或將多孔模板放在上述配制好的前驅體溶液中浸涂一下拿出，放在常溫下，使多孔模板中的有機溶劑自然揮發。

待多孔模板中的有機溶劑自然揮發后，將其置于退火爐中分段進行熱處理，60-230℃下，熱處理時間2-48小時；350-700℃下，處理1-24小時，最后冷卻到常溫。

納米線的釋放將熱處理后的多孔模板浸泡在濃度為0.01摩爾/升-10摩爾/升的酸或堿的水溶液中，根據經驗浸泡時間以4～10小時為宜。所說的酸為鹽酸或硫酸或磷酸，所說的堿為氫氧化鈉或氫氧化鉀。最后經過多次離心和洗滌過程獲得的具有納米孔及其復合結構的納米線。所得納米線的尺寸依賴于多孔模板中的納米孔徑和納米孔長度。

所說的多孔模板為多孔氧化鋁或多孔硅。

本發明的優點是：制備方法簡單易行，重復性好，材料選擇范圍廣。

附圖說明

圖1：具有單排納米孔的納米線；

圖2：具有單排納米孔的納米線的區域放大；

圖3：具有雙排納米孔的納米線；

圖4：具有多排納米孔的納米線；

圖5：具有納米孔且孔中含有金屬粒子的納米線復合結構。

具體實施方式