具有导电中间构造的涂层的低温制备方法技术

本发明专利技术涉及一种包含导电结构的具有中间构造的涂层的制备方法，该导电结构由金属纳米颗粒形成，所述方法包括如下步骤：a)在基底上沉积二氧化硅材料和光催化材料构成的第一层，所述第一层被结构形成剂中间构造；b)在第一层上沉积具有中间构造的二氧化硅材料的第二层，该第二层不含光催化材料；c)第一和第二层在50°C～250°C之间温度下固结；d)使固结的涂层与含有金属离子的溶液接触并用可使光催化材料活化的辐射照射该涂层。所述方法特征在于，不包括温度高于250°C的热处理。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】本专利技术涉及包含一个或多个导电结构的涂层的制备，该导电结构由金属纳米颗粒形成。金属纳米颗粒通过由光催化材料催化的光致还原反应生成，该光催化材料优选二氧化钛。所述制备不包括任何温度高于约250°C的加热步骤，这意味着这种涂层可以在塑料基底上制成。金属离子在光催化材料表面上的光致还原反应是一种现有技术已知的技术。它基于以下原理：光催化材料是半导体。当它暴露于光辐射，其波长至少对应于将其价带与其导带分开的能量时，它吸收该能量并生成电子-空穴对。该光电子随后可用于将存在于催化剂表面上的化学物质还原。光催化剂通常为具有宽禁带的金属的氧化物或硫化物。催化剂的活化通常用波长与紫外光相应的辐射进行。由此，由金属纳米颗粒形成的超细导电结构的形成可以通过金属离子在光刻技术环境下的光致还原反应原位进行。这类结构在需要非常精确的空间定位的领域中相当重要，所述领域诸如微流体学、电子纳米电路(nanocircuit)、光学分配架(distribution frame)、DNA芯片及芯片上实验室、化学和生物传感器等。文献中已经描述了包含由光催化作用得到的金属纳米颗粒的涂层的制备，特别地，在Eduardo D.Martinez、Martin G.Bellino和Galo J.A.A.Soller-Illia的题为“Patterned Production of Silver-Mesoporous TitaniaNanocomposite Thin Films Using Lithography-Assisted Metal Reduction”的文章(ACS Appl.Mater.Interfaces,2009,1(4),pp 746-749，2009年3月13日互联网发表)中。该文章特别描述了中孔SiO2/TiO2双层涂层的制备、其用硝酸银浸渍，然后透过光刻掩模(mask)用UV照射。这种中孔涂层的制备必须包含对沉积层350°C 2小时的煅烧步骤。这种煅烧特别为以下原因进行：-首先，它使得能够煅烧结构形成剂(用于形成中孔的表面活性剂)以及其他任选存在的残余有机物质，其为溶胶-凝胶沉积工艺中所采用。-它使得获得二氧化钛中孔层成为可能，该二氧化钛主要为无定形但具有少部分具有尖晶石型氛围的TiIV位点，这些位点被证明对于TiO2的光催化性能是必不可少的(参见示例性专利申请WO03/087002)。Martinez等提出的这种方法的主要缺点在于，由于高温煅烧步骤，它仅能用于耐此温度的基底上。具体而言，这种处理不可能在有机聚合物基底上实施。本专利技术基于相当令人吃惊的发现：Martinez等所采用的沉积物煅烧步骤似乎是多余的，没有任何高温热处理步骤的类似方法使得生成的结构的电导率等于甚或高于采用针对有机组分煅烧的方法所得的那些(结构的电导率)。本申请人特别发现，为所述涂层固结的目的，在其溶胶-凝胶沉积后，使具有中间构造的涂层经历中等高温(低于或等于250°C)陈化的简单步骤就已经足够。得益于煅烧步骤的省略，由此在聚合物基底、特别是透明和/或柔性的聚合物基底表面上构建例如可用作结构电极的非常小尺寸的导电结构成为可能。本专利技术涉及一种包含导电结构的具有中间构造的涂层的制备方法，该导电结构由金属纳米颗粒形成，金属纳米颗粒由选自由Ag、Au、Pd和Pt组成的组的金属组成，优选Ag，该方法由如下步骤构成：a)在基底上溶胶-凝胶沉积基于二氧化硅和光催化材料的材料的第一层，该材料被结构形成剂中间构造；b)在步骤a)中沉积的第一层上溶胶-凝胶沉积基于二氧化硅的材料的第二层，该材料被结构形成剂中间构造，所述第二层不含光催化材料；c)第一和第二层的固结，通过使它们一起经历50°C～250°C之间温度下的陈化处理10分钟～200小时进行；d)使步骤c)中所得固结的涂层与含有金属离子的溶液接触，所述金属离子选自银、金、钯、铂的离子组成的组，优选银，用允许光催化材料活化的辐射照射其足够时间以达到其突增界限(percolation threshold)，超出该值金属离子的光催化还原反应所得的金属纳米颗粒共同形成导电结构；所述方法特征在于，不包括任何温度高于250°C的热处理。本专利技术还涉及一种可由所述方法得到的具有中间构造的涂层，包含由金属纳米颗粒形成的导电结构。最后，本专利技术还涉及这种具有中间构造的涂层作为电极、抗静电涂层、或者基于其反射性质、作为绝热涂层的用途。本专利技术由此涉及一种具有中间构造的涂层的制备方法，该涂层包含由金属纳米颗粒形成的导电结构。金属选自Ag、Au、Pd和Pt。优选地，所述金属纳米颗粒为银纳米颗粒。本专利技术的方法包含步骤a)，其由通过溶胶-凝胶路法在基底上形成被结构形成剂中间构造的材料的第一层组成。这种材料基于二氧化硅和光催化材料，换而言之，二氧化硅和光催化材料共同占所述材料的至少30wt％、优选至少50wt％，其余则由结构形成剂和任何由溶胶-凝胶工艺引入的杂质构成。溶胶-凝胶工艺是本领域技术人员公知的工艺，其用于通过前体在溶液中的水解和缩合形成固态无定形三维网状物。该方法步骤a)中形成的具有中间构造的材料的第一层含有二氧化硅、光催化材料和有机结构形成剂。优选地，二氧化硅占该具有中间构造的材料的5～45wt％之间。结构形成剂优选占该具有中间构造的材料的5～60wt％之间。这些结构形成剂用于形成中间构造的或中孔的材料的用途是已知的。这种结构形成剂起到在这种材料中形成中孔的作用。术语“中孔”是指具有2～50nm(纳米)之间直径的孔。中孔材料通过除去结构形成剂而获得，例如通过煅烧。直到结构形成剂被除去之前，它都占据中孔，该材料则被称为“具有中间构造的”，即，它具有填充了结构形成剂的中孔。结构形成剂可以是聚合物或表面活性剂。优选地，结构形成剂选自非离子型表面活性剂。有利地，采用嵌段共聚物，优选基于环氧乙烷和环氧丙烷的嵌段共聚物。本专利技术优选的非离子型结构形成剂的例子为泊洛沙姆(poloxamer)，在商标下销售。采用阳离子型表面活性剂也是可以的，例如具有季铵基团的表面活性剂。光催化材料优选金属氧化物。优选二氧化钛、氧化锌、氧化铋和氧化钒，或其混合物。特别优选地，光催化材料为二氧化钛TiO2。优选地，第一层中光催化材料与二氧化硅的重量比在0.05～2.7之间。当光催化材料为二氧化钛时，Ti/Si原子比优选在0.05～2之间，尤本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2010.06.09 FR 10545321.一种包含导电结构的具有中间构造的涂层的制备方法，该导电
结构由金属纳米颗粒形成，金属纳米颗粒由选自Ag、Au、Pd和Pt组成
的组的金属组成，该方法由如下步骤构成：
a)在基底上溶胶-凝胶沉积基于二氧化硅和光催化材料的材料的第一层，
该材料被结构形成剂中间构造；
b)在步骤a)中沉积的第一层上溶胶-凝胶沉积基于二氧化硅的材料的第二
层，该材料被结构形成剂中间构造，所述第二层不含光催化材料；
c)第一和第二层的固结，通过使它们一起经历50°C～250°C之间温度下的
陈化处理10分钟～200小时进行；
d)使步骤c)中所得固结的涂层与含有金属离子的溶液接触，所述金属离子
选自银、金、钯、铂的离子组成的组，优选银，用允许光催化材料活化的
辐射照射其足够时间以达到其突增界限，超出该值金属离子的光催化还原
反应所得的金属纳米颗粒共同形成导电结构；
所述方法特征在于，不包括任何温度高于250°C的热处理。
2.权利要求1所述的方法，其特征在于，光催化材料为金属氧化
物，优选选自二氧化钛、氧化锌、氧化铋和氧化钒，或其混合物组成的组。
3.权利要求1或2所述的方法，其特征在于，结构形成剂选自非
离子型表面活性剂，优选嵌段共聚物，特别是基于环氧乙烷和环氧丙烷的
嵌段共聚物。
4.权利要求1～3任一项所述的方法，其特征在于，光催化材料为
二氧化钛，具有中间构造的材料的第一层中Ti/Si原子比在0.05～2之间，
优选在0.5～1.5之间，更优选在0.8～1.2之间。
5.前述权利要求任一项所述的方法，其特征在于，基底为有机聚
合物，优选...

【专利技术属性】
技术研发人员：C·比维尔，S·迪吕阿尔，J·科德，JP·博洛特，T·加科恩，S·佩吕绍斯，
申请(专利权)人：埃西勒国际通用光学公司，科学研究国家中心，
类型：
国别省市：