[發明專利]介孔多元金屬氧化物的高通量噴墨打印合成方法

有效

• 申請號: 200910095270.4
• 申請日: 2009-01-06
• 公開（公告）號: CN101549858A
• 公開（公告）日: 2009-10-07
• 發明（設計）人: 劉小鬧;過軍芳;范杰
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: C01B13/14
• 分類號: C01B13/14
• 代理公司: 杭州中成專利事務所有限公司
• 代理人: 盛輝地

技術領域

本發明屬于無機多孔材料技術領域，具體涉及一種介孔多元金屬氧化物的高通量噴墨打印合成方法。

背景技術

介孔納米材料具有高度有序的孔結構，大孔隙率和極大的比表面積，穩定性好，同時制備成本低廉，且無污染，在能源開發和環境保護等領域中有極大的應用價值，越來越受到人們的關注。

大多數新材料的開發是經過大量實驗或偶然發現的，合成千種甚至萬種混合金屬氧化物，所需研發時間較長。而工業上要求縮短新材料的研發周期，節約生產成本，因此，人們希望找到一種高通量合成新材料的方法。噴墨打印以其準確的打印位置、均勻的噴射質量、良好的成膜效果、較少的材料用量和多種溶液的多組分合成等特點，可用于新材料的高通量合成。介孔材料的噴墨打印高通量合成目前主要集中在二氧化硅材料上，介孔多元金屬氧化物的噴墨打印合成還沒有相關的文獻和專利報道。

阻礙噴墨打印合成介孔多元金屬氧化物的原因有以下幾方面：1)金屬氧化物前驅體溶液性能(溶液粒子尺寸范圍、粘度、電導率、表面張力等)很難滿足噴墨打印溶液的條件；2)不能通過軟件精確控制打印前驅體溶液的組成，因此不能實現介孔多元金屬氧化物的高通量合成；3)打印成型的多元金屬氧化物在焙燒除去有機模板過程中，介觀結構很難維持。

發明內容

本發明提出了一種介孔多元金屬氧化物的高通量噴墨打印合成方法，該類材料具有有序或無序的介孔孔道結構、均一的孔徑和大的比表面積。合成所需溶液量少，成本低，可提高介孔多元金屬氧化物作為光、電、磁等功能材料的制備和篩選。

本發明提出的介孔多元金屬氧化物高通量噴墨打印合成方法如下：首先配制各種金屬氧化物前驅體溶液；通過控制前軀體溶液的組成和在無機-有機分子組成系統中的溶膠-凝膠過程，使前驅體溶液的性能滿足噴墨打印條件；將各前驅體溶液作為墨水注入到打印機的墨盒中，采用軟件設計打印圖像，通過噴墨打印機控制前驅體溶液合成量和合成位置，使其按照不同組成噴墨打印到基質表面；將打印材料放置在空氣中，使有機溶劑揮發；然后經過焙燒將表面活性劑去除，獲得孔徑大小為1.6-30nm，比表面積60-1000m²/g，孔體積0.1-2.0cm³/g的介孔多元金屬氧化物材料；實現同時打印10⁸個/m²具有不同組成的介孔多元金屬氧化物。材料的外形為薄膜。

本發明的介孔多元金屬氧化物高通量噴墨打印合成方法，具體制備步驟如下：

(1)金屬氧化物前驅體溶液配制：將表面活性劑、金屬醇鹽或金屬無機鹽、酸、和揮發性有機溶劑，按摩爾比為(0.01-0.05)∶(0.01-1.1)∶(0.0-10)∶(50-55)混合，在0℃-60℃下攪拌，均勻混合，獲得金屬氧化物前驅體溶液；

(2)通過加入有機溶劑和調節金屬氧化物前軀體溶液的組成，使上述前驅體溶液性能滿足噴墨打印條件，所述前驅體溶液的性能為：粒子尺寸＜30nm，粘度1-30mPs，表面張力20-70dyn/cm，電導率＞100mSm^-1，密度0.7-2.0g/cm³，找到最佳墨滴擴散、干燥以及成膜狀態；

(3)清洗每個墨盒，將各金屬前驅體溶液作為墨水注入到打印機的墨盒中，采用AdobePhotoshop^TM、Adobe?Illustrator^TM或CorelDRAW軟件，設計打印圖像，圖像分辨率為360dpi-1440dpi，通過打印機控制各前驅體溶液的合成量和合成位置，按照不同組成噴墨打印到基質表面，打印分辨率為360dpi-2880dpi；

(4)將打印到基質表面的打印材料放置在空氣中，使有機溶劑揮發，溫度保持范圍20℃-80℃；

(5)將揮發有機溶劑后的打印材料在200℃-1000℃下焙燒2-8h，去除表面活性劑，得到介孔多元金屬氧化物材料。