[發(fā)明專利]一種異質(zhì)二元不對稱微粒的制備方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201010100390.1
• 申請日: 2010-01-25
• 公開（公告）號: CN101733052A
• 公開（公告）日: 2010-06-16
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張剛;趙志遠
• 申請（專利權(quán)）人: 吉林大學
• 主分類號: B01J13/02
• 分類號: B01J13/02
• 代理公司: 長春吉大專利代理有限責任公司 22201
• 代理人: 張景林;劉喜生

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于材料科學領(lǐng)域，具體涉及一種異質(zhì)二元不對稱微粒的制備方法。

背景技術(shù)

不對稱微結(jié)構(gòu)，尤其是不對稱微粒通常指該微粒(或微粒表面)的兩半分別由兩種不同性質(zhì)的化學物質(zhì)構(gòu)成，具有各向異性的特點^[1]。由于它具有雙官能結(jié)構(gòu)，在納米或微米范圍內(nèi)，不對稱微粒可以作為超微粒組裝的構(gòu)筑基元，具有極其重要的應(yīng)用前景。例如，可將不對稱微粒的兩側(cè)分別修飾成親水和疏水而成為表面活性劑；兩側(cè)分別帶上正、負電荷，微粒就具有高的電偶極矩，可用于制備電子器件或可重復使用的電子紙；利用不對稱微粒作為結(jié)構(gòu)單元，可以構(gòu)成高級自組裝結(jié)構(gòu)。另外，在流變學研究、生物傳感器設(shè)計等領(lǐng)域，不對稱微粒也有著重要的應(yīng)用。由于上述原因，不對稱微粒的制備、性能研究及基于不對稱微粒的高級組裝已成為材料科學領(lǐng)域中一個新興的熱點。

美國學者Glotzer在Science中撰文指出^[2]，和傳統(tǒng)的材料相比，新一代的材料將受益于新穎的構(gòu)筑基元的設(shè)計、程序化組裝與合成以滿足特定的功能性需求。通過設(shè)計超分子或微粒結(jié)構(gòu)，以此作為基本單元構(gòu)筑結(jié)構(gòu)更為高級、功能更為復雜的超結(jié)構(gòu)，將會給材料科學帶來革命性的變化，而在各種結(jié)構(gòu)微粒的制備中，不對稱微粒的制備最為基礎(chǔ)也最為重要。

目前幾種典型的制備不對稱結(jié)構(gòu)的方法有：同時擠出或噴出的方法——為流控結(jié)合光聚合與光刻蝕聚合；拓撲選擇性表面修飾與改性——對單層微粒的選擇性修飾來自制備不對稱微粒；兩相界面法——利用兩相反應(yīng)性差異實現(xiàn)微粒的不對稱修飾；以ABC三嵌段共聚物為先驅(qū)體的方法；模板定向自組裝；還包括受控相分離以及受控表面成核等。不對稱微粒的高效制備是使其真正走向應(yīng)用的關(guān)鍵。

目前，關(guān)于不對稱微粒的制備方法都涉及到一些瓶頸技術(shù)，加大了制備的復雜性，相應(yīng)的產(chǎn)率也不是很高。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種步驟簡單的異質(zhì)二元不對稱微粒的制備方法。

本方法涉及到掩模遮蔽技術(shù)、功能化修飾技術(shù)以及一些組裝和刻蝕方面的技術(shù)。功能化基元，如熒光量子點，對未被掩蔽二氧化硅微粒部分進行修飾，得到的熒光功能化二元不對稱微粒具有熒光穩(wěn)定的特點。功能性異質(zhì)不對稱微粒的各向異性使其可以應(yīng)用于超微粒組裝、微電子設(shè)備的制備、傳感器設(shè)計以及流變學研究等方面。

為此，本發(fā)明采用如下的技術(shù)方案：以具有熒光性異質(zhì)二元不對稱微粒的制備為例，其包括以下步驟：

1)將5～20mL濃度為1～20wt％的二氧化硅膠體微粒的水分散液加入到等體積的濃度為1×10^-3～5×10^-3mol/L的十六烷基三甲基溴化銨水溶液中，在100～300rpm轉(zhuǎn)速下磁力攪拌1～4小時，完成后加入0.1～0.5g氯化鈉以及10～20mL氯仿或環(huán)己烷，在500～2000rpm轉(zhuǎn)速下磁力攪拌10～30分鐘，離心分離精制后得到疏水二氧化硅微粒，氯化鈉在這里起到阻止十六烷基三甲基溴化銨在二氧化硅微粒表面形成多層的作用。然后將得到的疏水二氧化硅微粒用注射器滴加到盛有水的容器中，疏水二氧化硅微粒就會在氣液界面排列為單層，再加入50～200μL、濃度為1～10wt％的十二烷基磺酸鈉表面活性劑使二氧化硅微粒彼此緊密排列；以處理過的硅片為基底，從單層二氧化硅微粒底部將緊密排列的疏水二氧化硅微粒托起，放于傾斜面上自然干燥就得到二維有序的單層二氧化硅微粒陣列；

2)將100～200μL、濃度為10～50mg/mL的非水溶性聚合物的甲苯溶液滴加到覆有單層二氧化硅微粒陣列的硅片上，利用臺式勻膠機以3000～5000rpm的轉(zhuǎn)速旋涂成100～500nm厚的膜層，再經(jīng)過反應(yīng)性等離子體刻蝕20～150秒(刻蝕氣壓為5～10mTorr，刻蝕溫度10～20℃，氧氣流速10～30sccm，刻蝕功率為10～40W)，露出二氧化硅微粒的頂部，這樣就在硅片上得到部分掩蔽的二氧化硅微粒陣列；

3)將50～200μL的帶有氨基且能與二氧化硅進行化學鍵聯(lián)的試劑放入容器中，再與部分掩蔽的二氧化硅微粒陣列連同硅片基底一同放于干燥器中，于50～100℃下加熱20～300分鐘，帶有氨基且能與二氧化硅進行化學鍵聯(lián)的試劑對二氧化硅微粒的裸露部分進行功能化修飾，使其表面帶有氨基，加熱時間可以隨溫度提高而縮短，例如，60℃下加熱3小時、80℃下加熱半小時；