本發(fā)明屬于高分子自主裝及半導(dǎo)體材料加工領(lǐng)域，設(shè)計(jì)一種聚合物/二氧化硅微納米顆粒有序多孔復(fù)合膜及其制備方法。

背景技術(shù)：

規(guī)則復(fù)合膜具有特別的光學(xué)性能，在光子晶體材料方面具有廣泛的應(yīng)用。利用單分散性二氧化硅膠體微粒自組裝特性制備的膠體晶體由于在光、電、磁等領(lǐng)域呈現(xiàn)出優(yōu)異的性質(zhì)，是目前光子晶體材料的研究熱點(diǎn)。另外規(guī)則的二氧化硅膠體微粒的親水性能夠在材料表面形成圖案化結(jié)構(gòu)親疏水區(qū)域，可對(duì)二氧化硅顆粒進(jìn)行選擇性修飾，同時(shí)二氧化硅顆粒的親水性也可以作為微納米反應(yīng)器，在其周圍生長(zhǎng)氯化鈉晶體，在生物檢測(cè)方面具有重要的應(yīng)用價(jià)值。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種聚合物/二氧化硅微納米顆粒有序多孔復(fù)合膜及其制備方法。

本發(fā)明采用如下技術(shù)方案，一種聚合物/二氧化硅微納米顆粒有序多孔復(fù)合膜，是由有序無機(jī)物顆粒和聚合物組成的復(fù)合膜，所述的顆粒尺寸為0.1-2μm。

本發(fā)明的聚合物/二氧化硅微納米顆粒有序多孔復(fù)合膜通過如下方法制備得到：將聚合物和二氧化硅的前驅(qū)體溶于有機(jī)溶劑中并混勻，得到聚合物和二氧化硅的前驅(qū)體的混合溶液，將所述混合溶液置于基底材料表面，讓潮濕的氣流持續(xù)通過上述混合溶液的表面，待有機(jī)溶劑揮發(fā)完畢后，在基底材料表面得到聚合物/二氧化硅微納米顆粒有序多孔復(fù)合膜。在聚合物/二氧化硅復(fù)合陣列中，由于聚合物基底為疏水，而納米二氧化硅由于其表面含有大量羥基，所以是親水的。

在本發(fā)明的優(yōu)選的實(shí)施方式中，所述的聚合物選自嵌段共聚物、共軛性聚合物、星形聚合物和直鏈均聚物中的至少一種，如聚乙二醇-聚苯乙烯嵌段共聚物、聚苯乙烯-聚對(duì)苯撐乙烯類嵌段聚合物、聚對(duì)苯撐乙烯及其衍生物、聚對(duì)苯撐及其衍生物、聚苯乙烯星形聚合物、環(huán)糊精-n聚苯乙烯星形聚合物聚苯胺、聚苯乙烯、聚氰基丙烯酸酯、聚碳酸酯和聚甲基丙烯酸酯。

在本發(fā)明的優(yōu)選的實(shí)施方式中，所述的聚合物為聚苯乙烯，重均分子量為1-50萬，優(yōu)選為10-20萬。

在本發(fā)明的優(yōu)選的實(shí)施方式中，所述的硅的前驅(qū)體優(yōu)選為四氯化硅（SiCl₄）。

在本發(fā)明的優(yōu)選的實(shí)施方式中，所述的有機(jī)溶劑優(yōu)選為氯仿（CHCl₃）和二氯甲烷。

在本發(fā)明的優(yōu)選的實(shí)施方式中，所述的基底材料優(yōu)選為玻璃。

在本發(fā)明的優(yōu)選的實(shí)施方式中，所述聚苯乙烯和二氧化硅的前驅(qū)體的有機(jī)溶液中，聚苯乙烯的質(zhì)量百分濃度為0.3-2%，優(yōu)選0.8-1.5%，二氧化硅的前驅(qū)體的質(zhì)量百分濃度為0.1-5%，優(yōu)選0.1-2%。

在本發(fā)明的優(yōu)選的實(shí)施方式中，在揮發(fā)過程中，空氣流速為0.1-3L/min，優(yōu)選0.6-1L/min。

在本發(fā)明的優(yōu)選的實(shí)施方式中，將所述復(fù)合膜接觸飽和氯化鈉溶液，NaCl晶體會(huì)在在孔內(nèi)二氧化硅周圍析出，從而形成晶體陣列。

本發(fā)明采用溶液自組裝法，通過溶劑揮發(fā)冷凝水滴作為模板制備微孔結(jié)構(gòu)，二氧化硅在微孔結(jié)構(gòu)中析出，成為微納米級(jí)顆粒，最終得到聚合物/二氧化硅微納米顆粒有序多孔復(fù)合膜。本發(fā)明提供的制備復(fù)合膜方法可以獲得聚合物/二氧化硅微納米顆粒有序多孔復(fù)合膜，是一種工藝簡(jiǎn)單，制備過程穩(wěn)定可靠，不需要大量設(shè)備和復(fù)雜的操作流程，能耗低，制備得到的復(fù)合膜具有六方陣列規(guī)則排列的孔洞，每個(gè)孔洞內(nèi)只含有一個(gè)二氧化硅顆粒的優(yōu)點(diǎn)，在生物檢測(cè)領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用價(jià)值。水解得到的二氧化硅顆粒表面含有大量的羥基，可以作為納米反應(yīng)器，在孔內(nèi)的二氧化硅周圍得到長(zhǎng)方體的氯化鈉顆粒，與二氧化硅顆粒一起形成非對(duì)稱性顆粒。

附圖說明

以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明：

圖1為由實(shí)施例1所得復(fù)合膜的電鏡照片；

圖2為由實(shí)施例2所得復(fù)合膜的電鏡照片；

圖3為由實(shí)施例3所得復(fù)合膜的電鏡照片；

圖4為由實(shí)施例4所得復(fù)合膜的電鏡照片；

圖5為由實(shí)施例5所得二氧化硅顆粒的電鏡照片；

圖6為由實(shí)施例6所得復(fù)合膜的電鏡照片。

具體實(shí)施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合具體實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅用以解釋本發(fā)明，而不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的限制。

實(shí)施例1

將聚合物PS（聚苯乙烯）溶解于三氯甲烷CHCl₃中，再加入SiCl₄得到混合液，其中SiCl₄的體積百分濃度為0.3%，PS的重均分子量為19.2萬，其質(zhì)量百分濃度為1%，將該混合液低于玻璃表面，讓潮濕的氣流持續(xù)通過上述混合溶液的表面，氣體流速為0.8L/min，溶劑逐漸揮發(fā)，待所述溶劑CHCl₃完全揮發(fā)后，得到所述復(fù)合膜，其電鏡照片如圖1所示，所得復(fù)合膜表面具有六方規(guī)則排列的孔，孔的尺寸在1.5μm左右，孔洞有顆粒緊貼于內(nèi)壁。

實(shí)施例2

將聚合物聚乙二醇-聚苯乙烯嵌段共聚物溶解于三氯甲烷CHCl₃中，再加入SiCl₄得到混合液，其中SiCl₄的體積百分濃度為1%，聚乙二醇-聚苯乙烯嵌段共聚物的重均分子量為16.6萬，其質(zhì)量百分濃度為1%，將該混合液低于玻璃表面，讓潮濕的氣流持續(xù)通過上述混合溶液的表面，氣體流速為0.8L/min，溶劑逐漸揮發(fā)，待所述溶劑CHCl₃完全揮發(fā)后，得到所述復(fù)合膜，其電鏡照片如圖2所示，所得復(fù)合膜表面具有六方規(guī)則排列的孔，孔的尺寸在1.5μm左右，每個(gè)孔洞中都有顆粒。

實(shí)施例3

將聚合物PS（聚苯乙烯）溶解于三氯甲烷CHCl₃中，再加入SiCl₄得到混合液，其中SiCl₄的體積百分濃度為1.5%，PS的重均分子量為19.2萬，其質(zhì)量百分濃度為0.8%，將該混合液低于玻璃表面，讓潮濕的氣流持續(xù)通過上述混合溶液的表面，氣體流速為0.8L/min，溶劑逐漸揮發(fā)，待所述溶劑CHCl₃完全揮發(fā)后，得到所述復(fù)合膜，其電鏡照片如圖3所示，所得復(fù)合膜表面具有六方規(guī)則排列的孔，孔的尺寸在1.5μm左右，每個(gè)孔洞中都有顆粒，顆粒尺寸增大。

實(shí)施例4

將聚合物PS（聚苯乙烯）溶解于三氯甲烷CHCl₃中，再加入SiCl₄得到混合液，其中SiCl₄的體積百分濃度為2%，PS的重均分子量為19.2萬，其質(zhì)量百分濃度為1%，將該混合液低于玻璃表面，讓潮濕的氣流持續(xù)通過上述混合溶液的表面，氣體流速為0.8L/min，溶劑逐漸揮發(fā)，待所述溶劑CHCl₃完全揮發(fā)后，得到所述復(fù)合膜，其電鏡照片如圖4所示，所得復(fù)合膜表面具有六方規(guī)則排列的孔，孔的尺寸在1.5μm左右，每個(gè)孔洞中都有明顯顆粒，顆粒仍繼續(xù)增大。

實(shí)施例5

將上述得到聚合物/二氧化硅微納米顆粒有序多孔復(fù)合膜通過溶劑氯仿除去聚苯乙烯，得到單分散的二氧化硅顆粒，如圖5所示，通過掃面電鏡可以觀察到二氧化硅顆粒為“ball-on-disk”的形態(tài)。

實(shí)施例6

將上述所制得的聚合物/二氧化硅微納米顆粒有序多孔復(fù)合膜倒置，使其孔結(jié)構(gòu)朝下，放置在飽和氯化鈉溶液表面，使其孔結(jié)構(gòu)一側(cè)充分接觸氯化鈉溶液，然后將其整體放在熱臺(tái)上50℃加熱，可得到孔內(nèi)生長(zhǎng)了氯化鈉晶體的聚合物/二氧化硅膜，如圖6所示。

以上具體實(shí)施方式描述了本發(fā)明的基本原理和主要特征。本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解，本發(fā)明的保護(hù)范圍不受上述實(shí)施例的限制，任何不經(jīng)過創(chuàng)造性勞動(dòng)想到的變化或者替換，都應(yīng)該涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)該以權(quán)利要求書所限定的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。