[發明專利]一種仿生二氧化硅納米管的制備方法

有效

• 申請號: 201410208327.8
• 申請日: 2014-05-12
• 公開（公告）號: CN105084371B
• 公開（公告）日: 2019-02-19
• 發明（設計）人: 曾威;蔡志星;梁安生;熊健;韓丹丹
• 申請（專利權）人: 天津科技大學
• 主分類號: C01B33/12
• 分類號: C01B33/12;B82Y40/00;B82Y30/00
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本發明涉及一種以細菌纖維素作為有機模板進行二氧化硅納米管仿生制備的方法。所述制備方法主要包括模板與硅源的結合，反應條件的調制，復合材料的制備，納米管的獲得等步驟。本發明主要是通過仿生礦化的方法制備出納米二氧化硅管，操作簡單，反應條件溫和，是一種綠色的制備方法，得到的納米管具有較大的長徑比，結構規整。與傳統的納米管產物相比，本發明所得的二氧化硅納米管還可以具有較為穩定的宏觀外形。

技術領域

本發明屬于納米材料制備技術領域，具體涉及一種二氧化硅納米管的仿生制備方法。該方法是由硅源在細菌纖維素凝膠介質中聚集組裝，形成有機無機雜化材料，以此材料為基礎制備二氧化硅納米管。

背景技術

納米材料是指在三維空間中，至少有一維處于納米尺度范圍，或是由這些納米尺度的基本結構單元組成的材料。因為材料的基本組成單元處于納米級別，因此，同普通的體材料相比，納米材料表現出較為特殊的物理化學性質，在電子學、光催化、催化、激光、電催化電致發光、光致發光、磁性記錄、光電轉換、超導、分子識別與傳感、電池復合材料等領域具有廣闊的應用前景。

制備納米材料的方法主要可分為物理方法和化學方法。物理方法采用光、電技術使材料在真空或惰性氣氛環境下蒸發，然后使原子或分子結合形成納米顆粒，但此法通常需要很高要求的制備條件，且所用儀器貴重并消耗大量能源，因此并不是好的選擇。化學方法大體可分為氣相法、液相法和固相法等三大類，每一類方法都有許多不同的制備手段。

20世紀80年代，美國科羅拉多州立大學化學系Martin教授領導的研究組最先采用模板法合成了納米結構材料。自此，模板法合成納米材料引起了人們的廣泛興趣，并得到了長足的發展。所謂模板法，就是采用物理或化學方法，將納米結構材料的前軀體沉積到模板(Template)的孔中或是表面，然后移去模板，得到具有模板形貌結構和規范尺寸的納米材料的過程。模板法同溶膠-凝膠法、氣相化學法、水熱合成法等相比具有諸多優點，主要表現在：(1)多數模板不僅可以方便地合成，而且其性質結構可在一定范圍內精確調控；(2)模板的合成方法相對簡單，并且可以批量生產；(3)模板法合成可以在解決納米材料的尺寸與形狀控制的同時，解決納米材料分散穩定性的問題；(4)模板法尤其適合于一維納米材料，如納米管(nanotubes，NT)、納米線(nanowires，NW)以及納米帶(nanobelts)的合成。因此，模板法合成納米材料是公認的合成納米材料及納米陣列(nanoarrays)的最理想方法。

仿生(Biomimetics)通常指模仿或利用生物體結構、生化功能和生化過程的技術。把這種技術運用到材料設計制造中，以便獲得接近或超過生物材料優異性能的新材料，或用天然生物合成的方法獲得所需材料，如制備具有蜘蛛牽引絲強度的纖維、具有海洋貝類韌性的陶瓷或貝類結構的復合材料等。模仿生物礦化中無機物在有機物調制下形成過程的無機材料合成，稱為仿生合成(Biomimetic synthesis)，也稱為有機模板法(Organictemplate approach)或模板合成(Template synthesis)。

發明內容

本發明提出了一種制備無機納米管的仿生制備方法。主要涉及二氧化硅納米管的制備方法。

本發明的二氧化硅納米管的制備方法按以下步驟進行：

(1)將細菌纖維素置于無水乙醇中24h，將水凝膠置換成乙醇凝膠；

(2)將細菌纖維素取出，置于去離子水與無水乙醇的混合溶液中，去離子水含量為0-40％；

(3)在上述溶液中繼續加入硅源，硅源的質量濃度為整個溶液體系的0.5-10％，室溫靜置12-48h，硅源包括正硅酸甲酯、正硅酸乙酯、正硅酸丙酯及正硅酸丁酯；

(4)將吸附硅源的細菌纖維素凝膠取出，進行冷凍干燥，干燥溫度為-50℃，干燥時間為24-48h；

(5)將干燥后的有機無機雜化材料放入馬弗爐中600℃燒3個小時，得到二氧化硅納米管。