一種水溶性富勒烯納米顆粒的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于納米材料【技術領域】，具體為一種水溶性富勒烯納米顆粒的制備方法。本方法首先通過恒溫超聲將富勒烯水混合液混合均勻，然后經過特定溫度下機械和磁力攪拌得到均一穩(wěn)定的富勒烯納米顆粒，其間沒有引入其它助溶物質或者分散劑。由原子力顯微鏡表征，所得富勒烯納米顆粒大致呈圓形，粒徑在2nm左右，且大小均勻。本發(fā)明方法制備裝置簡單而且廉價，在小型實驗室便可搭建完成，制備過程不會產生污染物。
【專利說明】一種水溶性富勒烯納米顆粒的制備方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于納米材料【技術領域】，具體涉及一種水溶性富勒烯納米顆粒的制備方法。
【背景技術】
[0002]富勒烯作為碳的一種同素異形體在1985年被科學家制備出來，并且于1989年被德國科學家Huffman和Kraetschmer的實驗證實了 C60的籠型結構。正是由于其獨特的構型，使其在制藥學、材料科學、電子學、納米技術等多種學科領域有著重要的意義和應用前景，比如現(xiàn)已應用于護膚品、有機太陽能電池等領域。但是，富勒烯在大部分溶劑中溶解度都很差，通常溶于芳香性溶劑，如甲苯、氯苯，或非芳香性溶劑二硫化碳等。富勒烯在水中的溶解度為10 11 mg/mL量級，因此，富勒烯在一般條件下難溶于水的特性制約了其在含水體系的應用，特別是生物體系的潛在應用。為此，人們通過共價/非共價修飾的方法在富勒烯表面引入親水性基團以及與大小合適的客體分子相包裹的方法增大富勒烯在水中的分散性。如發(fā)明專利CN 101284660 A中使用葡萄糖作為助溶物質，得到平均粒徑在200納米左右的顆粒；發(fā)明專利CN 102674312 A使用聚乙烯基吡咯烷酮、聚乙二醇、淀粉等一系列助溶物質對富勒烯進行處理，得到粒徑在100-200納米的水溶性富勒烯納米顆粒。上述方法雖然有效地提高了富勒烯的水溶性，但是所得的納米顆粒粒徑較大，并且操作過程復雜，處理過程需要用到化學藥品，從而導致在富勒烯納米顆粒體系中引入了其他的修飾或包裹物質，一定程度上改變了本身的性質，因此，尋早一種產物體系單一和操作步驟簡單綠色的分散方法是當前迫切需要解決的問題。
[0003]雖然富勒烯在水中的溶解度非常低，但在特定情況下若干富勒烯分子組成的特定結構可以與水分子結合形成具有一定親水能力的納米顆粒(C60n(H2O)n),這為實驗上無分散劑和助溶劑制作水溶性富勒烯提供了可能。

【發(fā)明內容】

[0004]本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術的不足，提供一種無需加入其他助溶性物質，制作設備簡單，制作過程方便的，制備水溶性富勒烯納米顆粒的方法。-
本發(fā)明提供的制備水溶性富勒烯納米顆粒的方法，是使用控溫可調功率超聲儀、控溫磁力機械雙模式攪拌儀作為實驗儀器，在溫度和時間的適當控制下，對富勒烯與水的混合物進行處理，得到均一穩(wěn)定并且無其他助溶物質的小顆粒富勒烯目的產物。具體步驟如下:用分析天平(精度0.0Olmg)稱取一定量的富勒烯(C60)與超純水相混合，其中富勒烯和水的質量比為1:100000~1:10000。將混合物使用超聲儀在40-60°C水浴條件下超聲30min到lh，使富勒烯與水完全混合在一起，并呈現(xiàn)不透明的棕黃色(此時靜置幾小時會發(fā)現(xiàn)富勒烯會發(fā)生沉淀，說明第一步 的初步混合并不穩(wěn)定)；因此，在超聲之后馬上將混合物放到水浴燒杯中，并用攪拌器進行長時間的攪拌，攪拌48h-72h，使溶液變成透明的棕黃色，過濾后存放數周也不會產生沉淀，說明分散液是穩(wěn)定的，使用原子力顯微鏡對溶液中的顆粒進行形貌掃描，發(fā)現(xiàn)富勒烯納米顆粒大致呈圓形，粒徑在2nm左右，且大小均勻。
[0005]進一步，在富勒烯固體粉末與超純水混合時，超聲儀功率可為100-200W，對混合物進行30min到Ih的超聲操作，并且同時將超聲儀中的水加熱到特定溫度40_60°C，超聲過程中維持溫度不變。
[0006]進一步，在攪拌過程中，所述攪拌器攪拌，可以采用磁力和機械同時進行的攪拌方式。一方面，將磁石充分洗干凈后置于混合物燒杯中，依靠攪拌器平臺中的磁力轉子驅動磁石以一定轉數轉動；另一方面，攪拌器鐵架臺上方懸掛一根馬達驅動的機械式攪拌桿，將攪拌桿放入混合液面上部分，以靜止或與磁石轉動相反的方向低速轉動即可擾亂磁石帶動的渦流，從而帶來更好的攪拌效果。
[0007]與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明有益效果是:放棄了加入其它助溶物質來增強富勒烯分散效果的制作方法，雖然超聲純攪拌的方式使富勒烯在水中的分散量沒有前者大，但由于沒有引入其它的物質使本方法獲得的富勒烯納米顆粒可以應用于對納米顆粒純度要求比較高的體系，這樣可以避免助溶物質(修飾側鏈或包裹物質)對研究體系的影響，同時也解決了到底是富勒烯的作用效果還是助溶物的作用效果的問題。本方法制備裝置簡單而且廉價，在小型實驗室便可搭建完成，還有整個過程不會產生污染物。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0008]圖1為機械+磁力攪拌系統(tǒng)示意圖。
[0009]圖2為水浴恒溫容器和攪拌桿的放大圖。
[0010]圖3中a為原子力顯微鏡掃描目的產物得到的形貌圖；b為a圖中白線標示處的截面圖。
[0011]圖4中a為原子力顯微鏡掃描目的產物得到的形貌圖；b為a圖中白線標示處的截面圖。
【具體實施方式】
[0012]下面結合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步詳細說明。
[0013]實施例1，用分析天平秤取黑色固體富勒烯粉末Img (C60，純度大于99.8%，購于南京先鋒納米科技有限公司)，倒入50ml超純水中，先用玻棒攪拌，混合后將燒杯口用錫箔紙封好放入預先加熱到50°C的超聲儀水槽中，確保水槽中的液面不超過燒杯高度，以免在超聲時水槽中的水流入杯中，超聲時間設定為I個小時，超聲功率設為100W。超聲結束后，將燒杯直接取出換到攪拌器上，攪拌時間為72h。攪拌器結構如圖1所示，磁力驅動轉子在攪拌器底座3內部，正好在水浴燒杯6的正下方，溫度計2在儀器運作時放入燒杯6中，以產生溫度反饋給控溫系統(tǒng)，使其保持在設定的溫度。鐵架臺I為自己添加的裝置，用來固定馬達4，馬達4與攪拌桿相連接，直接通到燒杯6中。水浴恒溫容器和攪拌桿的放大圖如圖
2所示，總共分為四個部分:外燒杯6、內燒杯7、攪拌頭8和磁石9。磁石9落在內燒杯7的底部，由攪拌器底座3的磁力驅動使其順時針轉動，并且轉數可調。由于單一磁石的攪拌效果不理想，我們引入了機械攪拌，由馬達4驅動的攪拌桿5進行逆時針低速轉動，以打亂磁石攪拌引起的渦流，增加攪拌效果。攪拌結束后，觀察粉末富勒烯全部溶解，溶液呈透明棕黃色，靜置一個星期發(fā)現(xiàn)未產生凝聚沉淀。將獲得的富勒烯納米顆粒使用原子力顯微鏡進行形貌的掃面，其結構如圖3(a)所示，圖像掃描范圍Ixl μ m2，在右下角白線指示處做截面分析，得到富勒烯納米顆粒粒徑在2納米左右，如圖3 (b)所示，表明所得固體顆粒只有幾個富勒烯分子構成，而且大范圍的掃描圖顯示納米顆粒的均勻性非常好。
[0014]實施例2,用分析天平秤取實例I中黑色固體富勒烯粉末Img,倒入25ml超純水中，玻棒攪拌后用錫箔紙封口，超聲30分鐘，超聲水槽溫度設為40°C，功率設為200W。超聲結束后，混合液呈不透明棕黃色。將混合液轉移至攪拌儀上攪拌，水浴溫度設定為40°C，攪拌時間為72h。攪拌結束后，觀察燒杯底部有部分未分散，過濾靜置取上清液，溶液呈透明棕黃色，靜置一個星期發(fā)現(xiàn)未產生凝聚沉淀。使用原子力顯微鏡掃描形貌，如圖4a所示，圖像掃描范圍1.7x1.7 μ m2,從截面圖(4b)可看到富勒烯納米顆粒粒徑保持在2納米左右。
【權利要求】
1.一種水溶性富勒烯的制備方法，其特征在于具體步驟為: (1)稱取一定量的富勒烯，與超純水相混合，其中富勒烯和水的質量比范圍為I: 100000~1:10000 ;將混合物使用超聲儀在40-60°C水浴條件下超聲30min到lh，使富勒烯與水完全混合在一起，并呈現(xiàn)不透明的棕黃色； (2)在超聲之后馬上將混合物放到水浴燒杯中，并用攪拌器攪拌48h-72h，使溶液變成透明的棕黃色。
2.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于所述超聲儀功率為100-200W。
3.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于所述攪拌器攪拌采用磁力和機械同時進行的攪拌方式，一方面，將磁石充分洗干凈后置于混合物燒杯中，依靠攪拌器平臺中的磁力轉子驅動磁石以一定轉數轉動；另一方面，攪拌器鐵架臺上方懸掛一根馬達驅動的機械式攪拌桿，將攪拌桿放入混合液面上部分，以靜止或與磁石轉動相反的方向低速轉動即可擾亂磁石帶動 的渦流，從而帶來更好的攪拌效果。
【文檔編號】C01B31/02GK103896247SQ201410088515
【公開日】2014年7月2日 申請日期:2014年3月12日 優(yōu)先權日:2014年3月12日
【發(fā)明者】林冬冬, 趙文琦, 吳珊, 楊新菊 申請人:復旦大學