高分子空心球阵列膜及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种高分子空心球阵列膜及其制备方法。阵列膜为衬底上覆有单层高分子空心球形孔构成的薄膜，球形孔直径为２００～５０００ｎｍ，薄膜厚度为１００～５０００ｎｍ；方法包括将胶体球附于衬底表面形成模板，步骤为１）将０．３～０．８摩尔／升的硝酸铁溶液渗入衬底上的胶体球间，再将模板于５０～１１０℃下０．５～３小时，又将其浸在二氯甲烷里于超声波中１～３分钟，得二次模板，２）将３０～９０ｇ／Ｌ的高分子前驱液渗入二次模板上的孔阵列中，再将另一衬底覆于此二次模板上，又将其上下翻转１８０度后于２０～４０℃下０．５～３小时，３）去掉二次模板顶部衬底，将其于０．３～１摩尔／升的草酸溶液中０．５～３小时，制得阵列膜。它可用于人造细胞、药物传递和缓释、选择性透过材料、催化，微反应器等领域。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种空心球膜及制法，尤其是。
技术介绍
空心微球或纳米球具有许多新的优良特性，在医学，药物学，化学，农业等方面有着重要的应用前景。如可广泛地应用于人造细胞、药物传递和缓释、选择性透过材料、催化，微反应器等等。目前，人们为了获得微米或纳米级的空心球材料，作了一些努力，如在2000年7月19日公开的中国专利技术专利申请公开说明书CN 1260270A中披露的一种“带有空心的聚酯类薄膜”。它意欲提供一种适合作为绝缘和印刷用的带有空心的聚酯类薄膜；该薄膜的构成为，其内含有多数个与聚酯不相溶的热可塑性树脂产生的空心。但是，这种聚酯类薄膜的空心率太低，薄膜既不只是由空心孔构成，空心孔中又含有与包裹其的聚酯树脂不相溶的热可塑性树脂微粒。虽也有采用电化学沉积方法的，如在2000年6月14日公开的中国专利技术专利申请公开说明书CN 1256327A中披露的一种“制备硬质薄膜的电化学沉积方法”；但其目的却仅是为了制备氮化碳、碳化硅及类金刚石硬质薄膜的，其既未能做出可控开孔尺寸的纳米或微米级的空心球，又不能将这些空心球排成阵列。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题为克服上述各种技术方案的局限性，提供一种实用，制备简便的。高分子空心球阵列膜包括衬底，特别是所说衬底上覆有单层高分子空心球形孔构成的薄膜，所说高分子空心球形孔的直径为200～5000nm，所说薄膜的厚度为100～5000nm。作为高分子空心球阵列膜的进一步改进，所述的高分子空心球形孔呈紧密的六方排列，且球形孔间相互隔绝；所述的衬底为载玻片或石英或单晶硅片。高分子空心球阵列膜的制备方法包括将胶体球附于衬底表面形成模板，特别是它是按以下步骤完成的(1)、将浓度为0.3～0.8摩尔/升的硝酸铁溶液渗入衬底上的胶体球间，再将渗有硝酸铁溶液的模板于50～110℃下加热0.5～3小时，之后，将其浸在二氯甲烷里并于超声波中1～3分钟，得到羟基氧化铁有序孔阵列二次模板；(2)、将浓度为30～90g/L的高分子前驱液渗入二次模板上的有序孔阵列中，再将另一衬底覆盖于此二次模板之上，然后，将其上下翻转180度后置于20～40℃下烘干0.5～3小时；(3)、去掉烘干后的二次模板顶部的衬底，将其置于浓度为0.3～1摩尔/升的草酸溶液中0.5～3小时，制得高分子空心球阵列膜。作为高分子空心球阵列膜的制备方法的进一步改进，所述的附着于衬底上的胶体球的直径为200～5000nm，层数为单层，厚度为100～5000hm；所述的渗入为将硝酸铁溶液滴加到胶体球上，使其渗入至衬底上的胶体球间；所述的渗入为将高分子前驱液滴加到二次模板上，使其渗入至二次模板上的有序孔阵列中；所述的高分子前驱液为聚乙烯醇(PVA)溶液或聚乙烯吡咯烷酮(PVP)溶液或聚甲基苯基硅烷(PMPS)溶液；所述的超声波的功率为80～120瓦。相对于现有技术的有益效果是，其一，对制得的高分子空心球阵列膜分别使用场发射扫描电子显微镜、透射电子显微镜和红外光谱仪进行了表征，从得到的扫描电镜照片、透射电镜照片和红外图谱可知，空心球阵列膜是由完整的或顶部有圆形开孔状的、相互间呈六方紧密排列的、且互不连通的单层空心球所形成的覆盖于衬底表面的薄膜与衬底构成，薄膜中空心球孔的孔径和薄膜的厚度均为纳米或微米级。球形孔体是由高分子材料聚乙烯醇(PVA)或聚乙烯吡咯烷酮(PVP)或聚甲基苯基硅烷(PMPS)构成的；其二，采用硝酸铁为前驱体，通过胶体晶体模板法，在不同的衬底上，只要选取不同直径的胶体球和将其制成胶体晶体模板，并经二氯甲烷浸泡处理，就可合成不同孔径的、孔间相互连通的、大面积的羟基氧化铁有序球形孔阵列二次模板，从而为下一步制备高分子空心球阵列膜奠定了基础；其三，将硝酸铁溶液滴加至胶体球上，利用重力可使其在胶体球间渗入的更加完全和快捷；其四，将高分子溶液滴加在二次模板中，并于二次模板上覆盖另一衬底后再上下旋转180度，既可利用重力使高分子溶液完全地渗入羟基氧化铁有序球形孔体间，又可使高分子溶液完全地覆于羟基氧化铁有序球形孔体的表面，进而保证了高分子空心球形孔体的形成；其五，通过控制高分子前驱液的浓度，如选用高浓度的前驱液，可使空心球的球体保持完整，如选用低浓度的前驱液，则使空心球体的顶部出现圆形开孔；其六，制备出的顶部带圆形开孔的空心球阵列薄膜在药物的传递和缓释，微反应器，选择性渗透等方面有着重要的应用，同时也可为微尺度或纳米尺度的黑体效应提供研究的实物；其七，制备的方法简便，生产效率高、成本低，适于工业化生产。附图说明下面结合附图对本专利技术的优选方式作进一步详细的描述。图1是对羟基氧化铁有序孔阵列二次模板用日本JEOL 6700型场发射扫描电子显微镜观测后摄得的照片，由图中可以看出孔间相互连通，空心球形孔的直径为1μm；图2是对用高分子前驱液浓度为90g/L时合成的聚乙烯醇(PVA)空心球阵列膜，用日本JEOL 6700型场发射扫描电子显微镜及JEM-200CX透射电子显微镜观测后摄得的照片，由图中的扫描电镜照片可知，阵列膜中的空心球直径为1μm，由图中左上角的透射电镜照片可看出空心球间相互并不连通；图3是对用高分子前驱液浓度为50g/L时合成的聚乙烯醇(PVA)空心球阵列膜，用日本JEOL 6700型场发射扫描电子显微镜观测后摄得的照片，由图中可看到单层的空心球阵列中的大部分空心球顶部带有圆形开孔，且空心球间相互不连通，空心球的直径为200nm；图4是对用高分子前驱液浓度为30g/L时合成的聚乙烯醇(PVA)空心球阵列膜，用日本JEOL 6700型场发射扫描电子显微镜观测后摄得的照片，由图中可看到单层顶部带圆形开孔的空心球阵列，空心球的直径为5μm；图5是对用高分子前驱液浓度为90g/L时合成的聚乙烯吡咯烷酮(PVP)空心球阵列膜，用日本JEOL 6700型场发射扫描电子显微镜及JEM-200CX透射电子显微镜观测后摄得的照片，由图中的扫描电镜照片可知，阵列膜中的空心球直径为1μm，由图中左上角的透射电镜照片可看出空心球间相互并不连通；图6是对用高分子前驱液浓度为50g/L时合成的聚乙烯吡咯烷酮(PVP)空心球阵列膜，用日本JEOL 6700型场发射扫描电子显微镜观测后摄得的照片，由图中可看到单层顶部带圆形开孔的空心球阵列，空心球的直径为500nm；图7是对用高分子前驱液浓度为30g/L时合成的聚乙烯吡咯烷酮(PVP)空心球阵列膜，用日本JEOL 6700型场发射扫描电子显微镜观测后摄得的照片，由图中可看到单层顶部带圆形开孔的空心球阵列，空心球的直径为4μm；图8是对用高分子前驱液浓度为90g/L时合成的聚甲基苯基硅烷(PMPS)空心球阵列膜，用日本JEOL 6700型场发射扫描电子显微镜及JEM-200CX透射电子显微镜观测后摄得的照片，由图中的扫描电镜照片可知，阵列膜中的空心球直径为1μm，由图中左上角的透射电镜照片可看出空心球间相互并不连通；图9是对用高分子前驱液浓度为50g/L时合成的聚甲基苯基硅烷(PMPS)空心球阵列膜，用日本JEOL 6700型场发射扫描电子显微镜观测后摄得的照片，由图中可看到单层顶部带圆形开孔的空心球阵列，空心球的直径为500nm；图10是对用高分子前驱液浓度为50g/L时合成的聚甲基苯基硅烷(P本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高分子空心球阵列膜，包括衬底，其特征在于所说衬底上覆有单层高分子空心球形孔构成的薄膜，所说高分子空心球形孔的直径为２００～５０００ｎｍ，所说薄膜的厚度为１００～５０００ｎｍ。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：李越，蔡伟平，段国韬，孙丰强，张立德，
申请(专利权)人：中国科学院合肥物质科学研究院，
类型：发明
国别省市：34[中国|安徽]