一种空心碗状纳米二氧化硅二维阵列结构及其制备和应用制造技术

本发明专利技术涉及一种空心碗状纳米二氧化硅二维阵列结构及其制备和应用。具体地，本发明专利技术公开了一种所述阵列结构的制备方法以及采用所述方法制得的阵列结构。所述方法具有工艺简便、成本低廉、实验条件温和等特点，所述阵列机构具有结构排布致密、碗状开口方向整齐一致、膜厚可控等特点。

Hollow bowl shaped nano silica two-dimensional array structure, preparation and application thereof

The invention relates to a hollow bowl shaped nano silica two-dimensional array structure, and the preparation and application thereof. In particular, the invention discloses a method for preparing the array structure and an array structure made by the method. The method has the advantages of simple process, low cost, mild experimental conditions, etc. the array mechanism has the characteristics of compact structure arrangement, uniform bowl direction and controllable film thickness.

【技术实现步骤摘要】
一种空心碗状纳米二氧化硅二维阵列结构及其制备和应用
本专利技术涉及材料领域，具体地涉及一种空心碗状纳米二氧化硅二维阵列结构及其制备和应用。
技术介绍
最近几年，对非球状(如椭球形、雪人形、花生状等)胶体粒子的研究越来越受到人们的关注。与胶体微球相比，非球胶体粒子因其独特的物理、化学、光学等性能，在新型功能材料、特殊光子晶体、定向自组装等新兴领域有着独特的应用，大大拓宽了胶体颗粒的实用范围。尤其，一类具有碗状形貌的非球形中空微粒，由于其结构的特殊性，使其为许多潜在应用的实现提供了令人感兴趣的平台，例如其在光学、生物、化学合成及工业方面均有广泛的应用。而碗状微粒平面自组装结构因其在光子晶体、催化剂、化学传感器和抗反应涂层等领域的广泛应用而备受关注。采用碗状胶体微粒自组装制备有序结构不失为一种有效制备二维有序多孔膜的方法，但实际上，其在此方法的制备过程中很容易产生缺陷，尤其是在自组装过程中实现碗状微粒的有序定向排布是一大挑战。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种可有效制备大面积空心碗状纳米二氧化硅二维有序定向排布的阵列结构的制备方法及采用所述方法制得的二维阵列结构。本专利技术的第一方面，提供了一种空心碗状纳米二氧化硅二维阵列结构的制备方法，所述方法包括如下步骤：1)提供第一溶液和有机溶剂，所述第一溶液包含二氧化硅包覆的聚合物颗粒和第一溶剂；2)将所述第一溶液在基片上形成单层二维有序的二氧化硅包覆的聚合物颗粒的自组装膜，任选地干燥处理位于基片上的所述自组装膜；3)热处理步骤2)所得位于基片上的自组装膜，接着将经热处理的位于基片上的自组装膜置于所述有机溶剂中浸泡处理，然后抽除所述有机溶剂，接着干燥处理所得位于基片上的自组装膜，得到所述空心碗状纳米二氧化硅二维阵列结构。在另一优选例中，所述基片选自下组：硅片、玻璃、PET。在另一优选例中，所述第一溶液中，所述二氧化硅包覆的聚合物颗粒的质量分数为1－20wt％，较佳地2－15wt％，更佳地3－10wt％。在另一优选例中，所述二氧化硅包覆的聚合物颗粒中，所述外壳二氧化硅包覆层的厚度为所述内核聚合物颗粒的直径的2-10％，较佳地3-8，更佳地4-6％。在另一优选例中，所述二氧化硅包覆的聚合物颗粒的粒径为50-2000nm，较佳地80-1500nm，更佳地100-1000nm。在另一优选例中，所述二氧化硅包覆的聚合物颗粒中，内核聚合物颗粒的粒径为40－2000nm，较佳地70－1500nm，更佳地90－1000nm。在另一优选例中，所述二氧化硅包覆的聚合物颗粒中，外壳二氧化硅包覆层的厚度为0.5－200nm，较佳地1－150nm，更佳地5－100nm。在另一优选例中，所述第一溶剂选自下组：乙醇、正丁醇、甲醇，优选为无水乙醇。在另一优选例中，所述二氧化硅包覆的聚合物颗粒中，所述聚合物颗粒为选自下组的单体聚合所得的聚合物颗粒：苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯、或其组合。在另一优选例中，步骤2)中所述自组装膜通过朗缪尔-布朗杰特(LB)法制得。在另一优选例中，步骤2)中，所述干燥处理为在室温(如20-45℃，较佳地25-40℃)下晾干。在另一优选例中，步骤2)中，所述干燥处理的时间为1-60min，较佳地2-40min。在另一优选例中，所述聚合物颗粒的玻璃化转变温度为T1，步骤3)中，所述热处理的处理温度为0.8T1-1.1T1，较佳地0.9T1-T1。在另一优选例中，步骤3)中，所述热处理的处理温度为65-100℃，较佳地70-90℃，更佳地75-85℃。在另一优选例中，步骤3)中，所述热处理在所述处理温度下的处理时间为5-200min，较佳地10-150min，更佳地20-130min。在另一优选例中，所述有机溶剂选自下组：四氢呋喃、甲苯、氯仿、N，N-二甲基甲酰胺、二氯甲烷、二甲苯、环己烷。在另一优选例中，所述浸泡处理的处理时间为0.5-100h，较佳地1-80h，更佳地3-75h。在另一优选例中，步骤3)中，所述干燥处理指在空气中自然挥发所述有机溶剂以晾干所述自组装膜。本专利技术的第二方面，提供了一种空心碗状纳米二氧化硅二维阵列结构，所述阵列结构是采用本专利技术第一方面所述的方法制备的。本专利技术的第三方面，提供了一种制品，所述制品包含本专利技术第二方面所述空心碗状纳米二氧化硅二维阵列结构。应理解，在本专利技术范围内中，本专利技术的上述各技术特征和在下文(如实施例)中具体描述的各技术特征之间都可以互相组合，从而构成新的或优选的技术方案。限于篇幅，在此不再一一累述。附图说明图1为实施例1步骤c)所得经晾干的薄膜的SEM结果。图2为实施例1步骤d)所得阵列结构1的SEM结果。图3为对比例1步骤d)所得阵列结构C1的SEM结果。图4为对比例2步骤d)所得阵列结构C2的SEM结果。图5为对比例3步骤d)所得阵列结构C3的SEM结果。图6为对比例4步骤d)所得阵列结构C4的SEM结果。具体实施方式本专利技术人经过长期而深入的研究，通过采用特定的LB法制得单层二维有序的二氧化硅包覆聚合物颗粒的纳米颗粒的自组装膜，并通过特定的热处理工艺将该自组装膜固定于基片上，经有机溶剂处理所述经固定的自组装膜，得到所述大面积二维有序定向排列的空心碗状纳米二氧化硅阵列结构。所述阵列结构在膜层减反射、防眩光、自清洁、气体传感、拉曼增强检测等方面有广泛的应用前景。在此基础上，专利技术人完成了本专利技术。朗缪尔-布朗杰特(LB)法在适当的条件下，不溶物单分子层可以通过特定的方法转移到固体基底上，并且基本保持其定向排列的分子层结构。这种技术是20世纪二三十年代由美国科学家L.Langmuir及K.Blodgett建立的一种单分子膜制备技术，它是将兼具亲水头和疏水尾的两亲性分子分散在水面上，经逐渐压缩其水面上的占有面积，使其排列成单分子层，再将其转移到固体基底上所得到的一种膜。根据此技术首创者的姓名，将此技术称为LB膜技术。转移到基底上的膜叫做Langmuir-Blodgett膜，简称为LB膜。制备LB膜首先将样品溶解或分散在铺展溶剂中，取一定量所得溶液缓慢均匀地滴加在亚相(如去离子水)上。滴加在亚相上的溶液立即向外扩展，在扩展过程中，有机溶剂挥发掉，留下无序分子分布在亚相表面。溶剂挥发完后，亚相上的分子彼此之间平均间隔比较大，分子之间相互作用力很弱，分子完全处于无序状态。如果通过减少漂浮层有效面积来增加表面分子密度，亚相上单分子膜的状态将发生明显变化。制备LB膜可以先将亲水基片刚好浸入到亚相表面以下，然后在亚相表面铺展并压缩单分子膜；单分子膜形成后，从没有膜的地方小心地抽走部分亚相，这时，亚相表面上的单分子膜随亚相慢慢下降，从而沉积到基片上，将基片提起，即可在基片上得到一层单层LB膜。此法的最大优点是能最大限度地保持成膜分子在气/液界面时的排列状态。制备方法本专利技术提供了一种空心碗状纳米二氧化硅二维阵列结构的制备方法，所述方法包括如下步骤：1)提供第一溶液和有机溶剂，所述第一溶液包含二氧化硅包覆的聚合物颗粒和第一溶剂；2)将所述第一溶液在基片上形成单层二维有序的二氧化硅包覆的聚合物颗粒的自组装膜，任选地干燥处理位于基片上的所述自组装膜；3)热处理步骤2)所得位于基片上的自组装膜，接着将经热处理的位于基片上的自组装膜置于所述有机溶剂中浸泡处理，然后抽本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种空心碗状纳米二氧化硅二维阵列结构的制备方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：1)提供第一溶液和有机溶剂，所述第一溶液包含二氧化硅包覆的聚合物颗粒和第一溶剂；2)将所述第一溶液在基片上形成单层二维有序的二氧化硅包覆的聚合物颗粒的自组装膜，任选地干燥处理位于基片上的所述自组装膜；3)热处理步骤2)所得位于基片上的自组装膜，接着将经热处理的位于基片上的自组装膜置于所述有机溶剂中浸泡处理，然后抽除所述有机溶剂，接着干燥处理所得位于基片上的自组装膜，得到所述空心碗状纳米二氧化硅二维阵列结构。

【技术特征摘要】
1.一种空心碗状纳米二氧化硅二维阵列结构的制备方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：1)提供第一溶液和有机溶剂，所述第一溶液包含二氧化硅包覆的聚合物颗粒和第一溶剂；2)将所述第一溶液在基片上形成单层二维有序的二氧化硅包覆的聚合物颗粒的自组装膜，任选地干燥处理位于基片上的所述自组装膜；3)热处理步骤2)所得位于基片上的自组装膜，接着将经热处理的位于基片上的自组装膜置于所述有机溶剂中浸泡处理，然后抽除所述有机溶剂，接着干燥处理所得位于基片上的自组装膜，得到所述空心碗状纳米二氧化硅二维阵列结构。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一溶液中，所述二氧化硅包覆的聚合物颗粒的质量分数为1－20wt％。3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述二氧化硅包覆的聚合物颗粒中，所述外壳二氧化硅包覆层的厚度为所述内核聚合物颗粒的直径的2-10％。4.如权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈玲玲，王彪，孙爱华，许高杰，
申请(专利权)人：中国科学院宁波材料技术与工程研究所，
类型：发明
国别省市：浙江,33