[發明專利]一種空心碗狀納米二氧化硅二維陣列結構及其制備和應用

有效

• 申請號: 201710444149.2
• 申請日: 2017-06-13
• 公開（公告）號: CN107163268B
• 公開（公告）日: 2020-11-20
• 發明（設計）人: 陳玲玲;王彪;孫愛華;許高杰
• 申請（專利權）人: 中國科學院寧波材料技術與工程研究所
• 主分類號: C08J5/18
• 分類號: C08J5/18;C08L33/12;C08L25/06;C08K3/36;B82Y30/00;B82Y40/00
• 代理公司: 上海一平知識產權代理有限公司 31266
• 代理人: 馬莉華;崔佳佳

本發明涉及一種空心碗狀納米二氧化硅二維陣列結構及其制備和應用。具體地，本發明公開了一種所述陣列結構的制備方法以及采用所述方法制得的陣列結構。所述方法具有工藝簡便、成本低廉、實驗條件溫和等特點，所述陣列機構具有結構排布致密、碗狀開口方向整齊一致、膜厚可控等特點。

技術領域

本發明涉及材料領域，具體地涉及一種空心碗狀納米二氧化硅二維陣列結構及其制備和應用。

背景技術

最近幾年，對非球狀(如橢球形、雪人形、花生狀等)膠體粒子的研究越來越受到人們的關注。與膠體微球相比，非球膠體粒子因其獨特的物理、化學、光學等性能，在新型功能材料、特殊光子晶體、定向自組裝等新興領域有著獨特的應用，大大拓寬了膠體顆粒的實用范圍。尤其，一類具有碗狀形貌的非球形中空微粒，由于其結構的特殊性，使其為許多潛在應用的實現提供了令人感興趣的平臺，例如其在光學、生物、化學合成及工業方面均有廣泛的應用。而碗狀微粒平面自組裝結構因其在光子晶體、催化劑、化學傳感器和抗反應涂層等領域的廣泛應用而備受關注。采用碗狀膠體微粒自組裝制備有序結構不失為一種有效制備二維有序多孔膜的方法，但實際上，其在此方法的制備過程中很容易產生缺陷，尤其是在自組裝過程中實現碗狀微粒的有序定向排布是一大挑戰。

發明內容

本發明的目的在于提供一種可有效制備大面積空心碗狀納米二氧化硅二維有序定向排布的陣列結構的制備方法及采用所述方法制得的二維陣列結構。

本發明的第一方面，提供了一種空心碗狀納米二氧化硅二維陣列結構的制備方法，所述方法包括如下步驟：

1)提供第一溶液和有機溶劑，所述第一溶液包含二氧化硅包覆的聚合物顆粒和第一溶劑；

2)將所述第一溶液在基片上形成單層二維有序的二氧化硅包覆的聚合物顆粒的自組裝膜，任選地干燥處理位于基片上的所述自組裝膜；

3)熱處理步驟2)所得位于基片上的自組裝膜，接著將經熱處理的位于基片上的自組裝膜置于所述有機溶劑中浸泡處理，然后抽除所述有機溶劑，接著干燥處理所得位于基片上的自組裝膜，得到所述空心碗狀納米二氧化硅二維陣列結構。

在另一優選例中，所述基片選自下組：硅片、玻璃、PET。

在另一優選例中，所述第一溶液中，所述二氧化硅包覆的聚合物顆粒的質量分數為1－20wt％，較佳地2－15wt％，更佳地3－10wt％。

在另一優選例中，所述二氧化硅包覆的聚合物顆粒中，所述外殼二氧化硅包覆層的厚度為所述內核聚合物顆粒的直徑的2-10％，較佳地3-8，更佳地4-6％。

在另一優選例中，所述二氧化硅包覆的聚合物顆粒的粒徑為50-2000nm，較佳地80-1500nm，更佳地100-1000nm。

在另一優選例中，所述二氧化硅包覆的聚合物顆粒中，內核聚合物顆粒的粒徑為40－2000nm，較佳地70－1500nm，更佳地90－1000nm。

在另一優選例中，所述二氧化硅包覆的聚合物顆粒中，外殼二氧化硅包覆層的厚度為0.5－200nm，較佳地1－150nm，更佳地5－100nm。

在另一優選例中，所述第一溶劑選自下組：乙醇、正丁醇、甲醇，優選為無水乙醇。

在另一優選例中，所述二氧化硅包覆的聚合物顆粒中，所述聚合物顆粒為選自下組的單體聚合所得的聚合物顆粒：苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯、或其組合。

在另一優選例中，步驟2)中所述自組裝膜通過朗繆爾-布朗杰特(LB)法制得。

在另一優選例中，步驟2)中，所述干燥處理為在室溫(如20-45℃，較佳地25-40℃)下晾干。

在另一優選例中，步驟2)中，所述干燥處理的時間為1-60min，較佳地2-40min。