一种手性纳米薄膜以及制备方法和应用技术

本发明专利技术提供一种手性纳米薄膜以及制备方法和应用，所述手性纳米薄膜的制备方法包括：将一维纳米材料胶体溶液铺展在Langmuir‑Blodgett槽中下相上，待溶剂挥发完全后，使位于下相表面的滑障滑动以推动一维纳米材料在下相表面移动，压缩一维纳米材料的面积，得到取向一致的一维纳米材料组装膜；采用Langmuir‑Schaeffer转移方法将组装膜转移到基片上得到具有至少两层组装膜的手性薄膜，其中各层组装膜之间沿顺时针方向或者逆时针方向依次错开。本发明专利技术的手性薄膜具有超高光学活性，各向异性因子高达0.3，为现有组装手段获得手性材料中光学活性之最，并且制备方法简单，具有普适性，应用前景广阔。

【技术实现步骤摘要】
一种手性纳米薄膜以及制备方法和应用
本专利技术属于纳米材料
，涉及一种手性纳米薄膜以及制备方法和应用，尤其涉及一种基于Langmuir-Schaeffer技术组装一维纳米材料制备手性纳米薄膜的方法以及制备得到的手性纳米薄膜及其应用。
技术介绍
手性材料在光学器件，不对称催化、手性识别、手性分离、生物医药等领域具有广泛应用。近年来，手性纳米材料获得极大关注，与手性分子相比手性纳米材料具备超强的光学活性，使其在光学器件应用方面具有前景。目前，制备手性纳米材料的方法主要分两大类：自上而下的微加工方法和自下而上的自组装方法。利用微加工方法可以获得各种复杂形状长程有序的手性纳米结构，可以获得很高的光学活性(JustynaK.Ganseletal.GoldHelixPhotonicMetamaterialasBroadbandCircularPolarizer.Science.,2009，325，1513-1515)。然而，该方法对设备要求很高，相应的成本也就很高。自下而上的方法主要是利用各种手性模板诱导构筑单元的螺旋排列，从而获得手性结构。广泛应用的有DNA，手性聚合物，纤维素，手性嵌段共聚物等。与自上而下的微加工方法相比，自下而上的方法基于溶液法制备，成本较低，比较适合大规模应用，但是，用这些方法得到的手性纳米材料长程无序，光学活性很弱，一般比微加工方法获得的手性材料光学活性小一个数量级以上，大大限制了它们的实际应用。因此，寻求一种简易，成本低且具有普适性的制备手性纳米材料的方法对手性纳米材料最终走向应用至关重要。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种手性纳米薄膜的制备方法，特别是提供一种基于Langmuir-Schaeffer技术组装一维纳米材料制备手性纳米薄膜的方法以及制备得到的手性纳米薄膜及其应用。为达到此专利技术目的，本专利技术采用以下技术方案：一方面，本专利技术提供一种手性纳米薄膜的制备方法，所述方法包括以下步骤：(1)将一维纳米材料胶体溶液铺展在Langmuir-Blodgett槽中下相上，待溶剂挥发完全后，使位于下相表面的滑障滑动以推动一维纳米材料在下相表面移动，压缩一维纳米材料的面积，得到取向一致的一维纳米材料组装膜；(2)采用Langmuir-Schaeffer转移方法将步骤(1)中得到的一维纳米材料组装膜转移到基片上得到具有至少两层组装膜的手性薄膜，其中各层组装膜之间沿顺时针方向或者逆时针方向依次错开。在本专利技术中，通过Langmuir-Schaeffer方法组装一维纳米材料，使之定向排列，然后一层一层转移到基底上，各层之间具有一定角度，实现层与层之间的螺旋排列，获得手性纳米结构。本专利技术获得的手性纳米结构长程有序，结构可控，光学活性强，而且方法具有普适性，各种一维纳米材料，不论组分，都可以作为组装单元构筑手性结构。在本专利技术中，所述Langmuir-Schaeffer转移方法是指水平转移膜方法。具体的，基片平行于液面放置，然后缓慢下降，至接触液面后停止，然后提拉基片，脱离液面，将液面上的组装膜转移到基片上。优选地，所述一维纳米材料为纳米线或纳米棒中任意一种或至少两种的组合，优选纳米线。优选地，当所述一维纳米材料为至少两种的组合时，所述一维纳米材料包括纳米线。纳米线能够诱导纳米棒等一维纳米材料更好地进行定向排列，实现手性组装。优选地，所述一维纳米线材料的长径比为1000以上，例如1000、1200、1500、1800、2000、2300、2500、2800、3000或更大，优选1000-2500。优选地，所述一维纳米材料为金属纳米线、半导体纳米线金属纳米棒或金属氧化物纳米线中的任意一种或至少两种的组合。优选地，所述金属纳米线为金纳米线和/或银纳米线。优选地，所述半导体纳米线为硫化镉纳米线、硒化镉纳米线或碲纳米线中的任意一种或至少两种的组合。优选地，所述金属氧化物纳米线为氧化钨纳米线和/或钼酸镍纳米线。优选地，所述金属纳米棒为金纳米棒和/或银纳米棒。优选地，所述下相为水、乙二醇、二乙二醇、乙睛或二甲基亚砜中的任意一种或至少两种的组合。优选地，所述一维纳米材料胶体溶液中的溶剂为氯仿、己烷、甲苯、环己烷或乙醇中的一种或至少两种的混合物。优选地，步骤(1)所述Langmuir-Blodgett槽中下相的液面面积为200-300cm2，例如200cm2、220cm2、240cm2、260cm2、280cm2或300cm2。优选地，步骤(1)所述压缩一维纳米材料的面积为压缩面积至30-45cm2，例如30cm2、32cm2、34cm2、36cm2、38cm2、40cm2、42cm2或45cm2。在本专利技术中，推动滑障滑动，压缩一维纳米材料的面积的过程中，一维纳米材料会发生定向排列，从而得到取向一致的致密组装膜。优选地，步骤(2)所述各层组装膜之间沿顺时针方向或者逆时针方向依次错开的角度为大于零度小于90度，例如1度、3度、5度、8度、10度、15度、20度、25度、30度、35度、40度、45度、50度、55度、60度、65度、70度、75度、80度或85度，优选45度。优选地，使步骤(2)所述各层组装膜之间沿顺时针方向或者逆时针方向依次错开的方法为：将第一层一维纳米材料组装膜转移到基片上，之后转移的各层膜的放置方向均与第一层膜的放置方向相同，不同的是在转移下一层膜之前将基片沿顺时针方向或者逆时针方向旋转大于零度小于90度的角度使得各层膜依次错开，得到所述手性薄膜。在本专利技术中，采用Langmuir-Schaeffer转移方法将步骤(1)中得到的一维纳米材料组装膜转移到基片上得到具有至少两层组装膜的手性薄膜，即得到的手性薄膜至少包括两层组装膜，例如可以包括两层、三层、四层、五层、六层、七层、八层、九层、十层或者更多层的组装膜。优选地，步骤(2)所述基片为石英片、玻璃片、有机玻璃片或聚碳酸酯片(PC片)中的任意一种。另一方面，本专利技术提供了如上所述制备方法制备得到的手性纳米薄膜。另一方面，本专利技术提供了如上所述的手性纳米薄膜的应用。本专利技术的手性纳米薄膜可以作为手性材料，用于手性催化、手性识别、手性分离、生物医药以及光学等领域，具有广阔的应用前景。相对于现有技术，本专利技术具有以下有益效果：本专利技术通过Langmuir-Schaeffer技术组装一维纳米材料制备手性纳米薄膜，得到的手性薄膜表现出超高光学活性，各向异性因子(g-factor)高达0.3，为现有组装手段获得手性材料中光学活性之最。本专利技术方法简单，对所用材料要求只需是一维材料，对材料的组分没有特殊要求，具有普适性，设备只需要普通Langmuir-Blodgett设备即可，操作简单；并且制备得到的薄膜结构可控，可以得到单组份材料手性薄膜也可以得到多组分材料手性薄膜，层与层间的旋转角度可以任意调节，层与层间的介质和间距也可以精确调节，具有广阔的应用前景。附图说明图1A是实施例1得到的单层金纳米线薄膜的扫描电镜图，其标尺为10μm。图1B是实施例1得到的两层金纳米线手性薄膜的圆二色谱图。图1C是实施例1得到的左旋三层金纳米线手性薄膜的圆二色谱图。图1D是实施例1得到的左旋三层金纳米线手性薄膜的各项异性因子图。图2A是实施例2得到的单层氧化钨纳米线组本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种手性纳米薄膜的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：(1)将一维纳米材料胶体溶液铺展在Langmuir‑Blodgett槽中下相上，待溶剂挥发完全后，使位于下相表面的滑障滑动以推动一维纳米材料在下相表面移动，压缩一维纳米材料的面积，得到取向一致的一维纳米材料组装膜；(2)采用Langmuir‑Schaeffer转移方法将步骤(1)中得到的一维纳米材料组装膜转移到基片上得到具有至少两层组装膜的手性薄膜，其中各层组装膜之间沿顺时针方向或者逆时针方向依次错开。

【技术特征摘要】
1.一种手性纳米薄膜的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：(1)将一维纳米材料胶体溶液铺展在Langmuir-Blodgett槽中下相上，待溶剂挥发完全后，使位于下相表面的滑障滑动以推动一维纳米材料在下相表面移动，压缩一维纳米材料的面积，得到取向一致的一维纳米材料组装膜；(2)采用Langmuir-Schaeffer转移方法将步骤(1)中得到的一维纳米材料组装膜转移到基片上得到具有至少两层组装膜的手性薄膜，其中各层组装膜之间沿顺时针方向或者逆时针方向依次错开。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述一维纳米材料主要为纳米线或纳米棒中任意一种或至少两种的组合，优选纳米线。3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，当所述一维纳米材料为至少两种的组合时，所述一维纳米材料包括纳米线。4.根据权利要求1-3中任一项所述的制备方法，其特征在于，所述一维纳米材料的长径比为1000以上，优选1000-2500。5.根据权利要求1-4中任一项所述的制备方法，其特征在于，所述一维纳米材料为金属纳米线、半导体纳米线金属纳米棒或金属氧化物纳米线中的任意一种或至少两种的组合。6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述金属纳米线为金纳米线和/或银纳米线。优选地，所述半导体纳米线为硫化镉纳米线、硒化镉纳米线或碲纳米线中的任意一种或至少两种的组合；优选地，所述金...

【专利技术属性】
技术研发人员：吕家威，唐智勇，黄岭，黄维，
申请(专利权)人：国家纳米科学中心，南京工业大学，
类型：发明
国别省市：北京,11