具有不同功能屬性面的納米結(jié)構(gòu)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基本扁平的帶有第一個(gè)面和第二個(gè)面的納米片層結(jié)構(gòu)，第一個(gè)面具有與第二個(gè)面實(shí)質(zhì)上不同的屬性。這種納米片層結(jié)構(gòu)在某些各向異性的條件，例如相分離界面，剪切應(yīng)力，摩擦，溫度梯度，黏度，密度，和/或以上的組合，下可以具有自組裝性。
【專利說明】具有不同功能屬性面的納米結(jié)構(gòu)
[0001] 本申請(qǐng)要求2012年6月1日提交的美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)No. 61/654089的權(quán)益，該臨時(shí) 申請(qǐng)的全部?jī)?nèi)容通過引用合并于此。

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0002] 本發(fā)明是關(guān)于納米技術(shù)和材料科學(xué)領(lǐng)域。納米技術(shù)可以包括納米結(jié)構(gòu)，納米結(jié)構(gòu) 的化學(xué)組分，包含有納米結(jié)構(gòu)的設(shè)備以及利用了從結(jié)構(gòu)的物理尺寸衍伸出的特殊性質(zhì)的納 米結(jié)構(gòu)的特殊應(yīng)用。更具體地說，本發(fā)明公開是針對(duì)納米片層結(jié)構(gòu)。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0003] 之后的細(xì)節(jié)描述參考附帶的圖片。
[0004] 這張圖片是從概念上對(duì)包括第一個(gè)功能面和第二個(gè)功能面的納米結(jié)構(gòu)的闡釋。

【具體實(shí)施方式】
[0005] 綜述
[0006] 雖然有許多納米結(jié)構(gòu)具有一些源于它們尺寸的本征屬性，本發(fā)明公開了一種方法 其中新屬性不僅來源于納米結(jié)構(gòu)的尺寸，也來源于納米結(jié)構(gòu)的形狀和。根據(jù)本發(fā)明公開所 述的納米結(jié)構(gòu)可以具有導(dǎo)致其在如下條件例如，但不局限于，相界，剪切應(yīng)力，摩擦，表面應(yīng) 力的不同，和/或溫度梯度下顯示出自組裝能力的各向異性。
[0007] 本發(fā)明描述了一個(gè)三維的物體在其中至少一個(gè)方向上尺寸小于100納米，第二和 第三個(gè)方向上尺寸實(shí)質(zhì)上大于100納米。這個(gè)物體可以包括第一表面和第二表面，第一表 面與第二表面具有實(shí)質(zhì)上不同的屬性。不同的表面屬性可以是不同的化學(xué)結(jié)構(gòu)或相同的化 學(xué)結(jié)構(gòu)但不同的排列方向，晶體結(jié)構(gòu)，缺陷，取代摻雜劑或其它性質(zhì)引起的性能上的實(shí)質(zhì)不 同。例如但不局限于，表面屬性可以包括表面終止?fàn)顟B(tài)，表面能，親水性，熱導(dǎo)率，熱膨脹系 數(shù)，反應(yīng)活性和導(dǎo)電性。通過應(yīng)用所述物體第一表面和第二表面性質(zhì)的不同，包括所述物體 的顆粒狀物質(zhì)可以被構(gòu)成同時(shí)具有多種不同的表面屬性。
[0008] 在一些實(shí)施方式中，所述物體可以用一種自上至下的方法制出或，在另一些實(shí)施 方式中，所述物體可以用一種自下至上的方法制出。
[0009] 多種不同的實(shí)施例子和實(shí)施方式在以下文字中被描述到。然而，這些例子僅作為 闡釋之用，其它對(duì)具有不同功能屬性面的納米結(jié)構(gòu)的實(shí)施方式可以被執(zhí)行而不偏離本公開 的范圍。
[0010] 闡釋性的具有不同功能屬性表面的納米結(jié)構(gòu)
[0011] 圖中顯示的實(shí)施例是作為一個(gè)例子來展現(xiàn)的。圖中顯示的組成部分如果有必要可 以被合并來造出不同構(gòu)成方式的具有不同功能屬性表面的納米結(jié)構(gòu)。在某些構(gòu)成方式中圖 中顯示的組成部分可以被重新排列，修飾，重復(fù)，和/或略去。
[0012] 實(shí)施例一
[0013] 如圖所示，一些實(shí)施方式可以采用自上而下的方法來制備第一個(gè)面102和第二個(gè) 面104具有不同屬性的納米結(jié)構(gòu)100。一個(gè)1比1的層狀材料，例如層狀硅酸鹽中的一種， 可以被提供。層狀硅酸鹽組可能包括，但不局限于，高嶺土，蛇紋石和綠泥石。1比1的層狀 材料的晶體結(jié)構(gòu)可以包括結(jié)構(gòu)上不同的片層。機(jī)械粉碎技術(shù)可以被用來降低這種材料的顆 粒尺寸。這種材料可以顯示出層狀脫水屬性。層狀脫水可以發(fā)生在某些溫度下當(dāng)一個(gè)水合 材料的交替層傾向于脫水而其他層保持水合時(shí)。在最初的降低顆粒尺寸之后（例如通過機(jī) 械粉碎的方法），片層分離可以通過超聲，熱處理，剪切應(yīng)力，電磁場(chǎng)或其它方法，分別或同 時(shí)使用來獲得。
[0014] 在一個(gè)特殊例子中，一種蛇紋石粉末用Spex SamplePrep⑧8000M高能球磨機(jī) 干磨至平均顆粒尺寸小于1微米。球磨后，將粉末加熱至400°C維持8個(gè)小時(shí)以造成層狀脫 水。樣品失重百分之三到百分之四，而完全的脫水將導(dǎo)致樣品失重百分之十三。之后，所得 的粉末用Cole-Parmer⑧300W超聲處理器在乙醇中超聲分散一個(gè)小時(shí)。所得的片狀顆粒 觀察到在其一面具有變形氧化鎂結(jié)構(gòu)，另一面具有四面體二氧化硅結(jié)構(gòu)。在一些實(shí)施例中， 包括氧化鎂結(jié)構(gòu)的一面可能結(jié)合到金屬表面，暴露出具有二氧化硅結(jié)構(gòu)的一面。
[0015] 實(shí)施例二
[0016] 在第二種實(shí)施方式中，具有兩個(gè)不同面的納米結(jié)構(gòu)可以采用一種自下而上的方法 來合成，例如直接合成層狀納米片層結(jié)構(gòu)之后再對(duì)其中一面進(jìn)行改性。
[0017] 在一個(gè)特殊例子中，精磨的鎂橄欖石粉末與偏硅酸鈉混合后在250°C在一個(gè) Biotage? Advancer Kilobatch微波高壓反應(yīng)器里微波水熱合成三個(gè)小時(shí)。所得的粉末 用一臺(tái)300瓦的超聲處理器分散在乙醇中。沉淀的方法被用來從大顆粒的宿主鎂橄欖石上 分離合成的納米片層結(jié)構(gòu)。
[0018] 其它方法也可以被用來制備第一個(gè)面和第二個(gè)面具有實(shí)質(zhì)上不同屬性的納米結(jié) 構(gòu)。一些示例的方法可以包括光刻技術(shù)，化學(xué)或等離子氣相沉積一種材料在納米結(jié)構(gòu)的第 一個(gè)面或第二個(gè)面上。例如，金或鉬可以被沉積在滑石或二硫化鑰的納米片層結(jié)構(gòu)上。
[0019] 結(jié)論
[0020] 雖然本公開使用的語言是針對(duì)結(jié)構(gòu)性質(zhì)和/或方法學(xué)上的行為，需要了解的是本 公開的范圍不局限于所描述的特殊性質(zhì)或行為。相反，所述特殊性質(zhì)和行為的公開是為了 闡明實(shí)施的形式。
【權(quán)利要求】
1. 一種納米結(jié)構(gòu)包括： 至少在一個(gè)方向上尺寸小于1〇〇納米； 一個(gè)具有第一屬性的第一表面；和 一個(gè)具有第二屬性的第二表面，第一屬性與第二屬性不同。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的納米結(jié)構(gòu)，其中第一表面包括第一種物質(zhì)組分且第二表面包 括不同與第一種物質(zhì)組分的第二種物質(zhì)組分。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的納米結(jié)構(gòu)，其中第一表面和第二表面構(gòu)成所述納米結(jié)構(gòu)以響 應(yīng)一種各向異性的條件。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的納米結(jié)構(gòu)，其中所述納米結(jié)構(gòu)被構(gòu)成為通過顯示自組裝性能 來響應(yīng)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的納米結(jié)構(gòu)，其中所述納米結(jié)構(gòu)響應(yīng)的各向異性條件包括以下 至少一種： 相界； 剪切應(yīng)力； 摩擦； 表面張力的不同；或 溫度梯度。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的納米結(jié)構(gòu)，其中第一屬性包括第一個(gè)面與金屬表面結(jié)合并暴 露出第二個(gè)面的能力。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的納米結(jié)構(gòu)，其中所述納米結(jié)構(gòu)包括一種納米片層結(jié)構(gòu)。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的納米結(jié)構(gòu)，其中所述第一表面包括第一化學(xué)結(jié)構(gòu)，且所述第 二表面包括與所述第一化學(xué)結(jié)構(gòu)不同的第二化學(xué)結(jié)構(gòu)。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的納米結(jié)構(gòu)，其中所述第一表面包括具有第一排列方向的化學(xué) 結(jié)構(gòu)，且所述第二表面包括具有第二排列方向的化學(xué)結(jié)構(gòu)，所述第二排列方向與所述第一 排列方向不同。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的納米結(jié)構(gòu)，其中所述第一表面包括第一晶體結(jié)構(gòu)，且所述第 二表面包括與所述第一晶體結(jié)構(gòu)不同的第二晶體結(jié)構(gòu)。
11. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的納米結(jié)構(gòu)，其中所述第一表面包括第一缺陷或摻雜劑，且所 述第二表面包括與所述第一缺陷或摻雜劑不同的第二缺陷或摻雜劑。
12. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的納米結(jié)構(gòu)，其中所述第一屬性包括第一表面終止?fàn)顟B(tài)，且所 述第二屬性包括不同于所述第一表面終止?fàn)顟B(tài)的第二表面終止?fàn)顟B(tài)。
13. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的納米結(jié)構(gòu)，其中所述第一特性包括第一表面能，且所述第二 特性包括不同于所述第一表面能的第二表面能。
14. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的納米結(jié)構(gòu)，其中所述第一屬性包括第一親水性，且所述第二 屬性包括不同于所述第一親水性的第二親水性。
15. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的納米結(jié)構(gòu)，其中所述第一屬性包括第一熱導(dǎo)率，且所述第二 屬性包括不同于所述第一熱導(dǎo)率的第二熱導(dǎo)率。
16. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的納米結(jié)構(gòu)，其中所述第一屬性包括第一熱膨脹系數(shù)，且所述 第二屬性包括不同于所述第一熱膨脹系數(shù)的第二熱膨脹系數(shù)。
17. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的納米結(jié)構(gòu)，其中所述第一屬性包括第一反應(yīng)活性，且所述第 二屬性包括不同于所述第一反應(yīng)活性的第二反應(yīng)活性。
18. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的納米結(jié)構(gòu)，其中所述第一屬性包括第一導(dǎo)電性，且所述第二 屬性包括不同于所述第一導(dǎo)電性的第二導(dǎo)電性。
19. 一種制備具有各向異性的納米結(jié)構(gòu)的方法包括： 將材料的顆粒尺寸降低到小于1微米的平均顆粒尺寸，所述材料包括結(jié)構(gòu)上不同的片 層；和 采用層狀脫水來分離材料的不同片層。
20. 根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其中所述材料包括層狀硅酸鹽中的一種。
21. 根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其中所述材料包括高嶺土，蛇紋石或綠泥石。
22. 根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其中降低材料的顆粒尺寸包括對(duì)材料進(jìn)行機(jī)械粉 碎。
23. 根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其中層狀脫水是通過超聲，熱處理，剪切應(yīng)力，電磁 場(chǎng)或它們的組合來實(shí)現(xiàn)的。
24. -種合成具有各向異性的納米結(jié)構(gòu)的方法包括： 將第一材料與不同于所述第一材料的第二材料混合，以形成混合物； 使所述混合物經(jīng)受合成反應(yīng)，以形成合成的納米片層，所述納米片層在一個(gè)面上具有 所述第一材料且在第二面上具有第二材料； 將合成的納米片層在載體中分散；和 將合成的納米片層與宿主顆粒分離。
25. 根據(jù)權(quán)利要求24所述的方法，其中所述第一材料包括鎂橄欖石粉末。
26. 根據(jù)權(quán)利要求25所述的方法，其中所述第二材料包括偏硅酸鈉。
27. 根據(jù)權(quán)利要求24所述的方法，其中所述合成反應(yīng)包括微波水熱合成。
28. 根據(jù)權(quán)利要求24所述的方法，其中將合成的納米片層在載體中分散包括使用超聲 處理器在乙醇中分散所述納米片層。
29. 根據(jù)權(quán)利要求24所述的方法，其中將合成的納米片層與宿主顆粒分離通過沉淀來 執(zhí)行。
【文檔編號(hào)】B82Y40/00GK104395229SQ201380028992
【公開日】2015年3月4日 申請(qǐng)日期:2013年6月1日 優(yōu)先權(quán)日:2012年6月1日
【發(fā)明者】P·魯?shù)强? 申請(qǐng)人:P·魯?shù)强?br>