本发明专利技术涉及一种基于分子印迹的纳米结构薄膜，其具有三维有序的孔结构：大孔－介孔－印迹微孔。本发明专利技术还涉及所述纳米结构薄膜的制备方法，包括如下步骤：将胶体颗粒均匀分散到溶剂中，自组装在基片上，挥干溶剂，得到胶体晶体；将印迹分子加入到含有硅烷交联剂、染料分子和表面活性剂的乙醇水溶液中，加热回流，得到溶胶；将所述溶胶渗透到所述胶体晶体中，加热老化；除去胶体颗粒、表面活性剂和已印迹的分子。本发明专利技术的纳米结构薄膜不仅对痕量硝基类爆炸物具有响应速度快、选择性高和灵敏度高等优点，而且抗干扰能力强，制备方法简便，成本低廉，重现性好，易于加工成器件，可用于对硝基类爆炸物气氛的检测，为国家安全检测提供技术支持。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及纳米材料，具体涉及一种基于分子印迹的纳米结构薄膜及其制备方法和应用，属于纳米
技术介绍
多孔薄膜具有很大的比表面积，可以负载较多的传感单元；其良好的通透性 能，利于分子在膜里面的输运，从而提高传感器的响应速度；材料内部的孔洞具有较好 的分子吸附能力，可以富集低浓度的被检测分子，使局部浓度增高，从而降低检测限，实 现传感器的高灵敏度检出。经文献检索发现，Guangtao Li等2006年发表在《Journal ofMaterials Chemistry》(2006 年第 16 卷第 4521 页)的论文《Metalloporphyrins as sensing elements for the rapid detection of traceTNT vapor〉〉(禾用口卜 H|木'决速 检测痕量爆炸物TNT气氛)和2006年发表在《Chemphyschem》(2006年第7卷第1902 页)的论文《HierarchicallyStructured Nanocomposite Films as Highly Sensitive ChemosensoryMaterials for TNT Detection))(多级孔薄膜对爆炸物TNT的高灵敏度检 测)中首次提出利用多级孔薄膜参杂荧光染料分子对爆炸物气氛快速、高灵敏度的检出。 但采用该方法制备的材料在对爆炸物的高选择识别能力上灵敏度不高，结构也并不是最优 化的，其性能仍有很大的提升空间。
技术实现思路
本专利技术公开了一种基于分子印迹的纳米结构薄膜，其具有三维有序的孔结构大 孔_介孔_印迹微孔。其中，大孔的孔径大于50nm，介孔的孔径在2-50nm之间，印迹微孔的 孔径小于2nm。本专利技术所述的纳米结构薄膜可通过如下步骤制备1)将胶体颗粒均勻分散到溶剂中，形成胶体分散体系，将所述胶体分散体系自组 装在基片上，挥干溶剂，得到胶体晶体；2)将印迹分子加入到含有硅烷交联剂、染料分子和表面活性剂的乙醇水溶液中， 加热回流，得到溶胶；3)将所述溶胶渗透到所述胶体晶体中，水解缩聚老化；4)除去胶体颗粒、表面活性剂和已印迹的分子。其中，步骤1)所述胶体颗粒选自聚苯乙烯微球和/或聚甲基丙烯酸甲酯微球，粒 径为200-600nm ；所述的溶剂为水或乙醇和水的混合溶液，当所述溶剂为乙醇和水的混合 溶液时，优选乙醇水的质量比为2 1 ；所述基片为一表面干净、平整的固体薄片，可以是 硅片、石英片或玻璃片；所述胶体分散体系的质量分数为0. 5-1. 5% ；步骤1)所述自组装采用垂直沉降法或旋滴法，垂直沉降法是将洁净的基片放置 于胶体分散体系中，然后在50-60°C挥干溶剂；旋滴法是将胶体分散体系滴至基片上，以 400-600rps/s的转速旋涂；步骤2)所述印迹分子选自三硝基甲苯(Trinitrotoluene)、三硝基苯酚(Picric Acid)、硝基二甲苯(Nitroxylene)、二硝基苯(Dinitrobenzene)、二硝基甲苯 (Dinitrotolune)、硝基甲苯(Nitrotolune)、硝基苯(Nitrobenzene)、季戊四醇四硝酸酯 (PETN)、环四甲撑四硝胺(HMX)和环三亚甲基三硝胺(RDX)中的一种或多种；步骤2)所述硅烷交联剂选自四乙氧基硅烷、四甲氧基硅烷和乙基三乙氧基硅烷 中的一种或多种；步骤2)所述染料分子选自卟啉硅烷化染料、金属卟啉硅烷化染料、萘酚硅烷化染 料和咔唑类硅烷化染料中的一种或多种；所述染料分子用作传感单元；步骤2)所述表面活性剂选自十六烷基三甲基溴化胺(CTAB)、F127、P123、 Briji-76、Briji-700 中的一种或多种；步骤2)在加热回流前加入稀盐酸，目的是控制整个过程的水解缩聚速度，这对溶 胶的形成至关重要，各物质的摩尔比为硅烷交联剂表面活性剂染料分子印迹分子 乙醇水HCl = I 0.01 0.09 1.88 XlCT4 17. 4 XlCT4 0. 005 0. 02 35 50 5 10 0. 6Χ1(Γ2 1. 3Χ1(Γ2 ；加热回流时间为 l-2h ；步骤3)所述渗透采用旋涂法，即将步骤2)得到的溶胶滴至步骤1)得到的胶体晶 体表面后旋涂，转速为3000-3500rpS/S ；通过旋涂的方式使溶胶渗透到胶体晶体中，直到 所述胶体晶体完全透明；所述老化可采用本领域的常规手段进行，在室温下老化，或采用烘 箱加热老化，优选在20-8(TC加热4-10天进行水解缩聚老化；步骤4)为将已老化好的胶体晶体在甲苯或四氢呋喃溶液中浸泡1. 5-2. 5h除去胶 体颗粒，产生大孔；然后在50-70°C的乙醇溶液中处理2-3h除去表面活性剂，产生介孔；最 后在甲苯或四氢呋喃溶液中浸泡1. 5-2. 5h除去已印迹的分子，产生印迹微孔。本专利技术还公开了基于分子印迹的纳米结构薄膜的制备方法，其包括如下步骤1)将胶体颗粒均勻分散到溶剂中，形成胶体分散体系，将所述胶体分散体系自组 装在基片上，挥干溶剂，得到胶体晶体；2)将印迹分子加入到含有硅烷交联剂、染料分子和表面活性剂的乙醇水溶液中， 加热回流，得到溶胶；3)将所述溶胶渗透到所述胶体晶体中，水解聚缩老化；4)除去胶体颗粒、表面活性剂和已印迹的分子。其中，步骤1)所述胶体颗粒选自聚苯乙烯微球和/或聚甲基丙烯酸甲酯微球，粒 径为200-600nm ；所述的溶剂为水或乙醇和水的混合溶液，当所述溶剂为乙醇和水的混合 溶液时，优选乙醇水的质量比为2 1 ；所述基片为一表面干净、平整的固体薄片，可以是 硅片、石英片或玻璃片；所述胶体分散体系的质量分数为0. 5-1. 5% ；步骤1)所述自组装采用垂直沉降法或旋滴法，垂直沉降法是将洁净的基片放置 于胶体分散体系中，然后在50-60°C挥干溶剂；旋滴法是将胶体分散体系滴至基片上，以 400-600rps/s的转速旋涂；步骤2)所述印迹分子选自三硝基甲苯、三硝基苯酚、硝基二甲苯、二硝基苯、二硝 基甲苯、硝基甲苯、硝基苯、季戊四醇四硝酸酯、环四甲撑四硝胺和环三亚甲基三硝胺中的 一种或多种；步骤2)所述硅烷交联剂选自四乙氧基硅烷、四甲氧基硅烷和乙基三乙氧基硅烷中的一种或多种；步骤2)所述染料分子选自卟啉硅烷化染料、金属卟啉硅烷化染料、萘酚硅烷化染 料和咔唑类硅烷化染料中的一种或多种；所述染料分子用作传感单元；步骤2)所述表面活性剂选自CTAB、F127、P123、Briji-76、Briji-700中的一种或 多种；步骤2)在加热回流前加入稀盐酸，目的是控制整个过程的水解缩聚速度，这对溶 胶的形成至关重要，各物质的摩尔比为硅烷交联剂表面活性剂染料分子印迹分子 乙醇水HCl = I 0.01 0.09 1.88 XlCT4 17. 4 XlCT4 0. 005 0. 02 35 50 5 10 0. 6Χ1(Γ2 1. 3Χ1(Γ2 ；加热回流时间为 l-2h ；步骤3)所述渗透采用旋涂法，即将步骤2)得到的溶胶滴至步骤1)得到的胶体晶 体表面后旋涂，转速为3000-3500rpS/S ；通过旋涂的方式使溶胶渗透到胶体晶体中，直到 所述胶体晶体完全透明；所述本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于分子印迹的纳米结构薄膜，其特征在于，具有三维有序的孔结构：大孔－介孔－印迹微孔。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：李广涛，朱伟，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]
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