一种微纳米发动机及其制备方法技术

技术编号:15779389 阅读:408 留言:0更新日期:2017-07-08 21:12
本发明专利技术提供了一种微纳米发动机的制备方法,包括:A)在多孔模板上沉积金属,得到导电模板;B)将包含氧化石墨烯的电解质溶液作为第一电镀液,在以导电模板作为工作电极的三电极体系电镀池中将氧化石墨烯电镀沉积至导电模板的孔内壁上;C)将包含高锰酸根离子的电解质溶液作为第二电镀液,在步骤B)去除第一电镀液的三电极体系的电镀池中电还原沉积二氧化锰至导电模板的孔内壁上;D)去除所述导电模板上的金属层以及导电模板,得到微纳米发动机。本发明专利技术利用阴极电化学还原沉积方法制备微纳米发动机。在低浓度双氧水燃料中具有高的运动速度。在生物医学和环境治理领域具有巨大的应用前景。

Micro nano engine and preparation method thereof

The invention provides a preparation method of micro nano engine, including: A) deposited on the porous metal template, then the conductive template; B) electrolyte solution will contain graphene oxide as the first electroplating solution on the conductive template as the working electrode in three electrode system plating in graphene oxide plating deposition pool to the hole on the inner wall of the conductive template; C) containing electrolyte solution as second permanganate ion plating solution in step B), the inner wall of the plating tank three electrode system to remove the first plating solution in the electrochemical reduction of manganese dioxide deposition to the conductive template; D) to remove the metal layer on the conductive template and a conductive template get the micro nano engine. The invention uses the cathode electrochemical reduction deposition method to prepare the micro nano engine. In low concentration hydrogen peroxide fuel, it has a high speed of movement. It has great application prospects in the field of biomedicine and environmental management.

【技术实现步骤摘要】
一种微纳米发动机及其制备方法
本专利技术涉及微纳米材料与器件
,尤其是涉及一种微纳米发动机及其制备方法。
技术介绍
人造的可以自驱动的微纳米发动机是当前微纳米技术和材料科学研究的热点。这些能够自驱动的微纳米机器人和微纳米发动机等能够为生物医学和环境问题提供新的解决方法和思路。早在半个多世纪前,著名美国物理学家Feynman就提出了发展可以自由运动的微纳米装置的概念。最早在2002年,美国哈佛大学的Whitesides等人以铂薄膜催化分解过氧化氢溶液产生的氧气泡作为推动力,对漂浮在水面上的厘米级的漂浮物,实现了自推进。随后,一系列形态各异,具有不同推进机制和功能的微纳米发动机得以发展。自电泳和自扩散泳原理推进的双节杆状纳米马达最先被发展起来,但是它们不能在高离子浓度溶液中运动,所以气泡推进的微纳米马达又得到了发展。德国的Schmidt等人采用电子束蒸发沉积设备制备了多种管状的微米发动机,并且验证了它们在环境和生物医学等方面的应用。美国加州大学的Wang等人使用电化学沉积的方法发展了一些管状的铂推进的微米级的发动机。直到现在为止大部分自推进的催化微纳米发动机都得依赖高催化活性的铂作为催化剂来推进。由于铂金属的稀有,昂贵和在多种生理溶液与自然水体中容易失活等缺点,人们开始开发其他材料来替代铂作为微纳米发动机的催化剂。由于二氧化锰材料具有比较好的环境兼容性,不容易失活,同时也能催化双氧水分解,自2011年以来,人们陆续开发了多种基于二氧化锰催化的微纳米发动机。二氧化锰催化双氧水分解的活性没有铂催化剂高,这类微纳米发动机通常效率低,速度慢,或者需要较高浓度的双氧水燃料溶液来推进,因此提高和改进二氧化锰对双氧水的催化特性,通过形貌和几何设计来提高二氧化锰催化的微纳米发动机的性能以取代铂显得非常具有应用价值。这些二氧化锰推进的微纳米发动机将会在药物运输,细胞分离,微纳米手术,微流体检测芯片,微型机器人,环境监测和治理等方面显示出巨大的应用潜力。因此,提高这些二氧化锰微纳米马达的运动速度,推进力,和对双氧水燃料浓度的适用范围是亟待解决的问题。
技术实现思路
有鉴于此,本专利技术要解决的技术问题在于提供一种微纳米发动机的制备方法,本专利技术制备得到的微纳米发动机运动速度快,并且燃料浓度的适应范围非常广。本专利技术提供了一种微纳米发动机的制备方法,包括:A)在多孔模板上沉积金属,得到导电模板;B)将包含氧化石墨烯的电解质溶液作为第一电镀液,在以导电模板作为工作电极的三电极体系电镀池中将氧化石墨烯电镀沉积至导电模板的孔内壁上;C)将包含高锰酸根离子的电解质溶液作为第二电镀液,在步骤B)去除第一电镀液的三电极体系的电镀池中电还原沉积二氧化锰至导电模板的孔内壁上;D)去除所述导电模板上的金属层以及导电模板,得到微纳米发动机。优选的,步骤A)所述金属选自金、钛、铝、铁、铜和镍中的一种或几种;所述多孔模板为聚碳酸酯膜或阳极氧化铝膜。优选的,所述氧化石墨烯为单层氧化石墨烯;所述氧化石墨烯的浓度为0.01~1mg/mL。优选的,所述第二电镀液为高锰酸钾溶液或高锰酸钾溶液和硝酸银的混合溶液。优选的,所述高锰酸钾溶液的浓度为0.002~0.2mol/L;所述混合溶液中高锰酸钾溶液的浓度为0.002~0.2mol/L,硝酸银溶液的浓度为0.0002~0.02mol/L。优选的,所述电镀的方式为恒电流法或循环伏安法;所述恒电流的参数为:-0.5mA~-2.5mA;循环伏安的参数为+0.3V~-1.5V,循环次数为4~20,循环速率为10mV/s~200mV/s。优选的,步骤B)后还可以包括将磁性材料电镀沉积至所述导电模板孔内的石墨烯管的内壁上;所述磁性材料选自铁、钴和镍中的一种或几种。优选的,所述去除导电模板上的金属层的方法具体为:采用氧化铝泥浆去除导电模板上的金属层;所述去除导电模板的的方法具体为:将模板溶解在二氯甲烷或氢氧化钠溶液中。优选的,所述三电极体系中对电极为铂丝电极;参比电极为银/氯化银电极。本专利技术提供了一种微纳米发动机,由上述技术方案所述的制备方法制备得到。与现有技术相比,本专利技术提供了一种微纳米发动机的制备方法,包括:A)在多孔模板上沉积金属,得到导电模板;B)将包含氧化石墨烯的电解质溶液作为第一电镀液,在以导电模板作为工作电极的三电极体系电镀池中将氧化石墨烯电镀沉积至导电模板的孔内壁上;C)将包含高锰酸根离子的电解质溶液作为第二电镀液,在步骤B)去除第一电镀液的三电极体系的电镀池中电还原沉积二氧化锰至导电模板的孔内壁上;D)去除所述导电模板上的金属层以及导电模板,得到微纳米发动机。本专利技术创造性的利用阴极电化学还原沉积方法制备基于二氧化锰类的微纳米发动机。具体为利用一面沉积了金属的多孔模板依次在孔内电化学沉积氧化石墨烯功能性部分和二氧化锰类材料催化推进部分,最终制备得到微纳米发动机。本专利技术得到的微纳米发动机在低浓度双氧水燃料溶液中具有非常高的运动速度。并且燃料浓度的适应范围非常广。它同时克服了铂催化微纳米发动机的环境兼容性差和二氧化锰类微纳米发动机的高燃料浓度和低速度的缺点,在生物医学和环境治理等领域具有巨大的应用前景。附图说明图1为本专利技术实施例2制备得到的电还原氧化石墨烯外层/银掺杂二氧化锰内层的管状微米发动机的扫描电子显微镜照片;图2为本专利技术实施例2制备得到的管状微米发动机在0.3%的双氧水浓度下的运动视频的截图,标尺是100μm;图3为本专利技术制备得到的微纳米发动机在双氧水的运动示意图。具体实施方式本专利技术提供了一种微纳米发动机的制备方法,包括:A)在多孔模板上沉积金属,得到导电模板;B)将包含氧化石墨烯的电解质溶液作为第一电镀液,在以导电模板作为工作电极的三电极体系电镀池中将氧化石墨烯电镀沉积至导电模板的孔内壁上;C)将包含高锰酸根离子的电解质溶液作为第二电镀液,在步骤B)去除第一电镀液的三电极体系的电镀池中电还原沉积二氧化锰至导电模板的孔内壁上;D)去除所述导电模板上的金属层以及导电模板,得到微纳米发动机。本专利技术首先在多孔模板上沉积金属,得到导电模板。优选具体为:在多孔模板的一侧沉积金属,得到微纳米发动机的导电模板。本专利技术对于所述沉积的具体方式不进行限定,本领域技术人员熟知的沉积方式即可;优选可以为蒸发沉积。本专利技术对于多孔模板不进行限定,本领域技术人员熟知的多孔模板即可。优选可以为聚碳酸酯膜或阳极氧化铝膜;更优选为聚碳酸酯膜。本专利技术对于上述多孔模板的具体来源和制备方式不进行限定,可以为市售,可以为本领域常规方法制备。如用阳极氧化的方法制备阳极氧化铝膜:将铝片作为工作电极,在工作电极上加正的电压,在含有特定电解质溶液里铝片氧化成多孔的氧化铝膜。在本专利技术中,所述金属选自金、钛、铝、铁、铜和镍中的一种或几种;更优选为金、钛、铝和镍中的一种或几种;最优选为金。将包含氧化石墨烯的电解质溶液作为第一电镀液,在以导电模板作为工作电极的三电极体系中将氧化石墨烯电镀沉积至导电模板的孔内壁上。得到导电模板后,将所述导电模板作为工作电极,与参比电极和对电极和电镀池连接到电化学工作站上,即为三电极体系。其中,沉积金属的一面作为工作电极与铝箔接触,非沉积金属的一面面向电解质溶液。本专利技术采用的是阴极还原的方法,因此本专利技术的导电模板作为阴极。本专利技术对于本文档来自技高网
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一种微纳米发动机及其制备方法

【技术保护点】
一种微纳米发动机的制备方法,其特征在于,包括:A)在多孔模板上沉积金属,得到导电模板;B)将包含氧化石墨烯的电解质溶液作为第一电镀液,在以导电模板作为工作电极的三电极体系电镀池中将氧化石墨烯电镀沉积至导电模板的孔内壁上;C)将包含高锰酸根离子的电解质溶液作为第二电镀液,在步骤B)去除第一电镀液的三电极体系的电镀池中电还原沉积二氧化锰至导电模板的孔内壁上;D)去除所述导电模板上的金属层以及导电模板,得到微纳米发动机。

【技术特征摘要】
1.一种微纳米发动机的制备方法,其特征在于,包括:A)在多孔模板上沉积金属,得到导电模板;B)将包含氧化石墨烯的电解质溶液作为第一电镀液,在以导电模板作为工作电极的三电极体系电镀池中将氧化石墨烯电镀沉积至导电模板的孔内壁上;C)将包含高锰酸根离子的电解质溶液作为第二电镀液,在步骤B)去除第一电镀液的三电极体系的电镀池中电还原沉积二氧化锰至导电模板的孔内壁上;D)去除所述导电模板上的金属层以及导电模板,得到微纳米发动机。2.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,步骤A)所述金属选自金、钛、铝、铁、铜和镍中的一种或几种;所述多孔模板为聚碳酸酯膜或阳极氧化铝膜。3.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,所述氧化石墨烯为单层氧化石墨烯;所述氧化石墨烯的浓度为0.01~1mg/mL。4.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,所述第二电镀液为高锰酸钾溶液或高锰酸钾溶液和硝酸银的混合溶液。5.根据权利要求4所述的制备方法,其特征在于,所述高锰酸钾溶液的浓...

【专利技术属性】
技术研发人员:王少彬叶恒孙红旗敖志敏
申请(专利权)人:广东工业大学
类型:发明
国别省市:广东,44

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