一种纳米墨水及其制备与应用制造技术

本发明专利技术提供了一种纳米墨水及其制备与应用。纳米墨水的组成包括有机溶剂、在有机溶剂中经自组合形成球形胶束的双段嵌段共聚物、以及包含在胶束内核的均聚物和无机盐先驱体，球形胶束的粒径为3~50nm；每一胶束中，无机盐与均聚物在胶束内核中形成高分子金属络合物。将双段嵌段共聚物溶解于有机溶剂中，另将均聚物及一种无机盐溶解于有机溶剂中，无机盐的物质的量是溶液中均聚物单体的物质的量的2%~50%，所得两种得溶液混合搅拌5~22天，过滤即得。本发明专利技术的纳米墨水用于制备片基支撑的、尺寸可控的纳米颗粒或纳米颗粒薄膜，该纳米颗粒1~10nm、具有六角阵列，纳米颗粒薄膜具有疏松多孔的特性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种纳米墨水及其制备与应用，属于纳米材料及应用

技术介绍
随着纳米科技近年来的蓬勃发展，其应用也逐渐渗透到电子、通讯、传感、生物、医学、能源等各个领域。而基于纳米材料的纳米墨水，不仅可在纸张上进行传统的打印，纳米墨水还能够用来印刷太阳能电池，还可在片基和硅片上画出电子元件。CN101519552A(CN200810101214. 2)提供了一种含贵金属纳米颗粒的喷墨水溶性墨水的制备方法，是将贵金属纳米颗粒、水溶性共溶剂、高分子分散剂、界面活性剂及二次蒸馏水搅拌混合，经预分散，浓缩，即得到含贵金属纳米颗粒的喷墨水溶性墨水。纳米墨水、可替代市售墨水，通过日常所用的喷墨打印机，在纸张、透明片基和硅片上等打出各种电子器件线路和模型。该贵金属纳米颗粒喷墨水溶性墨水可用于微型电子器件线路和微电子机械系统，并可用于微流控芯片和生物反应器的制作。纳米材料的纳米结构，按照其维度可分为零维的纳米颗粒，一维的纳米线，以及二维的纳米薄膜。而以上纳米结构，通常都不是以自由的个体的形式存在；相反地，它们要么弥散在某种气体、液体或固体的基体之中，要么落覆在某种基体的表面，其中后者的应用最为广泛。因而，如何有效而低损耗的合成尺寸可控的，尤其是尺寸小于IOnm的纳米材料，并按照需要控制其排布，一直以来是各界致力于完成的目标之一，以便开展有基于纳米材料尺寸效应的基础研究和实际应用。用于合成纳米材料的方法通常分为两大类，一类是自顶而下的，通常涉及到使用高能的方式(如炸药、激光、高能超声等)使所涉材料的尺寸降低至纳米级别，然而缺乏有效的手段使生产出的纳米材料排布成有序阵列。目前，用于制备纳米结构有序阵列的主流技术是光刻技术(photo lithography),但面临的重大缺陷是由此生产的纳米结构尺寸受限于所用电磁波或物质波的波长。例如，若使用可见光，则所制作的纳米结构尺度难以低于300nm (对应紫色光波长)，而且成本高昂，程序复杂，耗时又长。与自顶而下的合成方法相对应，另一类合成纳米材料的方法是自底而上的，通过利用有机高分子材料的自组合(self-assembly)性能来制备尺寸范围在纳米级别的材料的有序阵列，其优点在于成本低廉，运作快捷。与此同时，随着打印技术的进步，电动流体动力喷墨打印使得打印线宽的分辨率由从前的20 μ m降低到了 lOOnm，从而使得直接书写的打印技术在纳米结构材料生产领域变得越来越具竞争力。为发挥打印技术的优势，必须要有性能合适的纳米墨水，以便能够在不同的片基上打印出微型电子器件线路。这对墨水的流变性能、墨水中颗粒的粒径大小提出了相应的要求。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术涉及一种纳米墨水及其制备与应用。专利技术概述本专利技术利用双段嵌段共聚物(diblock copolymer)和均聚物在选择性有机溶剂中的自组合，合成制备纳米墨水；将所得纳米墨水浸涂或喷涂在基板上，通过等离子处理得到纳米颗粒规则阵列或纳米颗粒薄膜。制备墨水时，通过对墨水中加入的无机盐先驱体的选择，可以获得相应种类的纳米材料。专利技术详述一种纳米墨水，该墨水的组成包括有机溶剂、在有机溶剂中经自组合形成球形胶束的双段嵌段共聚物、以及包含在胶束内核的均聚物和无机盐先驱体，球形胶束的粒径为3 50nm;每一胶束中，无机盐与均聚物在胶束内核中形成高分子金属络合物。所述的双段嵌段共聚物选自聚苯乙烯-聚2乙烯基吡啶(PS-P2VP)或聚苯乙烯-聚4乙烯基吡啶(PS-P4VP);所述的均聚物为聚2乙烯基吡啶或聚4乙烯基吡啶； 所述的有机溶剂选自苯，甲苯，二甲苯或乙苯；特别优选有机溶剂为甲苯；所用的无机盐先驱体选自氯金酸(HAuCl4),蔡斯盐(KPtCl3C2H4),硝酸银(AgNO3),硝酸钯(Pd(NO3)2),氯化铁(FeCl3),氯化钴(CoCl2),氯化铌(NbCl5),氯化钥(MoCl5),氯化钽(TaCl5),氯化钨(WCl5),氯化钛(TiCl4),氯化镍(NiCl2),氯化铜(CuCl2),氯化锌(ZnCl2),氯化铟(InCl3),氯化锡(SnCl2)中之一或组合。优选无机盐先驱体为氯化铁(FeCl3)、氯化铌(NbCl5)、氯金酸(HAuCl4),蔡斯盐(KPtCl3C2H4)之一，或者其中二者的组合。根据本专利技术，优选的，双段嵌段共聚物中聚苯乙烯的聚合度与聚2乙烯基吡啶或聚4乙烯基吡啶的聚合度之比广500 :6，聚苯乙烯的聚合度为5(Tl0000。根据本专利技术，优选的，均聚物的聚合度与双段嵌段共聚物中的聚2乙烯基吡啶或聚4乙烯基吡啶的聚合度之比为(0. rio> :1。根据本专利技术，优选的，无机盐与均聚物单体物质的量比为29^50%，进一步优选10% 40%。根据本专利技术，优选的，双段嵌段共聚物与均聚物的质量比为30 :(广30)。根据本专利技术，一种纳米墨水的制备方法，包括步骤如下(I)将双段嵌段共聚物溶解于有机溶剂中，并搅拌12tT72h，配制成浓度在0. Img/mr20mg/ml的溶液A ;同时，在另一容器中将均聚物及一种无机盐溶解于有机溶剂中，搅拌12tT72h，使溶液中均聚物的浓度是2mg/mf 20mg/ml，无机盐的物质的量是溶液中均聚物单体的物质的量的29^50%，得溶液B。(2)将溶液B中加入到溶液A中，搅拌5 22天，过滤；滤后溶液C即为纳米墨水。该墨水可用于在基板上制备纳米颗粒规则阵列或纳米颗粒薄膜。进一步的，在上述步骤(2)所得溶液C中继续加入第二种无机盐，使第二种无机盐物质的量是溶液中均聚物单体的物质的量的29^50%，搅拌:T9天，得纳米墨水。可用于在基板上制备合金材料的纳米颗粒规则阵列或纳米颗粒薄膜。根据本专利技术，优选的，无机盐与均聚物单体物质的量比为109^40%。根据本专利技术，优选的，双段嵌段共聚物与均聚物的质量比为30 :(广30)。根据本专利技术，一种纳米墨水的应用，用于制备片基支撑的、尺寸可控的纳米颗粒或纳米颗粒薄膜。根据制备纳米墨水时加入的无机盐先驱体的种类，该纳米墨水可用于制备的多种纳米颗粒，可用于在纳米科学中研究材料的纳米效应，包括磁学、超导、气敏性、催化效应、光催化、锂离子电池电极、金属介质异质等离子耦合、光电转换、生物传感等领域，以及在基片上制造基于纳米颗粒的微电子器件。根据上述纳米墨水的应用，方法如下将本专利技术的纳米墨水采用浸涂或喷墨打印方式附着在基板表面上，使所述纳米墨水在基板上沉积形成规则阵列的单层胶束或多层胶束，然后进行氧气等离子处理，将基板上沉积的胶束转变成无机盐先驱体的氧化物纳米颗粒；进一步的，进行氮气等离子的处理，使氧化物纳米颗粒转变成氮化物纳米颗粒；或者进行氢气等离子的处理，使氧化物纳米颗粒转变成单质金属纳米颗粒。根据上述纳米墨水的应用，优选的，当采用浸涂的方式时，将基片竖直浸入纳米墨水中，然后从纳米墨水中勻速拉出基片，拉出速度为2cm/min、0cm/min ；当采用喷墨打印 的方式时，纳米墨水中双段嵌段共聚物的浓度为O. Img/mr2mg/ml为佳。根据上述纳米墨水的应用，优选的，氧气等离子处理时，处理时间为O. 5 lh，等离子体的气压为2Xl(T2mbar，自偏压(self-bias)为-150V，功率为8 50W，温度为250° C。在基片上本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种纳米墨水，其特征在于该墨水的组成包括有机溶剂、在有机溶剂中经自组合形成球形胶束的双段嵌段共聚物、以及包含在胶束内核的均聚物和无机盐先驱体，球形胶束的粒径为3~50nm；每一胶束中，无机盐与均聚物在胶束内核中形成高分子金属络合物；所述的双段嵌段共聚物选自聚苯乙烯？聚2乙烯基吡啶（PS？P2VP）或聚苯乙烯？聚4乙烯基吡啶（PS？P4VP）；所述的均聚物为聚2乙烯基吡啶或聚4乙烯基吡啶；所述的有机溶剂选自苯，甲苯，二甲苯或乙苯；所用的无机盐先驱体选自氯金酸（HAuCl4），蔡斯盐（KPtCl3C2H4），硝酸银（AgNO3），硝酸钯（Pd(NO3)2），氯化铁（FeCl3），氯化钴（CoCl2），氯化铌（NbCl5），氯化钼（MoCl5），氯化钽（TaCl5），氯化钨（WCl5），氯化钛（TiCl4），氯化镍（NiCl2），氯化铜（CuCl2），氯化锌（ZnCl2），氯化铟（InCl3），氯化锡（SnCl2）中之一或组合。

【技术特征摘要】
1.一种纳米墨水，其特征在于该墨水的组成包括有机溶剂、在有机溶剂中经自组合形成球形胶束的双段嵌段共聚物、以及包含在胶束内核的均聚物和无机盐先驱体，球形胶束的粒径为3 50nm ;每ー胶束中，无机盐与均聚物在胶束内核中形成高分子金属络合物； 所述的双段嵌段共聚物选自聚苯こ烯-聚2こ烯基吡啶(PS-P2VP)或聚苯こ烯-聚4こ烯基吡啶(PS-P4VP);所述的均聚物为聚2こ烯基吡啶或聚4こ烯基吡啶； 所述的有机溶剂选自苯，甲苯，ニ甲苯或こ苯； 所用的无机盐先驱体选自氯金酸(HAuCl4),蔡斯盐(KPtCl3C2H4),硝酸银(AgNO3)，硝 酸钯(Pd (NO3)2),氯化铁(FeCl3),氯化钴(CoCl2),氯化铌(NbCl5),氯化钥(MoCl5),氯化钽(TaCl5),氯化钨(WCl5),氯化钛(TiCl4),氯化镍(NiCl2),氯化铜(CuCl2),氯化锌(ZnCl2),氯化铟(InCl3),氯化锡(SnCl2)中之ー或组合。2.权利要求I所述的纳米墨水，其特征在于双段嵌段共聚物中聚苯こ烯的聚合度与聚2こ烯基吡啶或聚4こ烯基吡啶的聚合度之比广500 :6，聚苯こ烯的聚合度为5(Tl0000。3.权利要求I所述的纳米墨水，其特征在于均聚物的聚合度与双段嵌段共聚物中的聚2こ烯基吡啶或聚4こ烯基吡啶的聚合度之比为(0. rio> :1。4.权利要求I所述的纳米墨水，其特征在于无机盐与均聚物单体物质的量比为2% 50% ;双段嵌段共聚物与均聚物的质量比为30 :(I 30)。5.一种纳米墨水的制备方法，包括步骤如下 (1)将双段嵌段共聚物溶解于有机溶剂中，并搅拌12tT72h，配制成浓度在0.Img/mr20mg/ml的溶液A ;同时，在另一容器中将均聚物及ー种无机盐溶解于有机溶剂中，搅拌12tT72h，使溶液中均聚物的浓度是2mg/mf 20mg/ml，无机盐的物质的量是溶液中均聚物单体的物质的量的29^50%，得溶液B ； (...

【专利技术属性】
技术研发人员：单联臣，王晓峰，赵佳，殷红，高梓尧，
申请(专利权)人：单联臣，
类型：发明
国别省市：