一種有序聚苯胺納米線陣列的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種有序聚苯胺納米線陣列的制備方法，本方法利用嵌段共聚物苯乙烯-b-聚（4-乙烯基吡啶）在薄層晶狀MnO2薄膜表面的微相分離及分子自組裝特性，制備晶狀MnO2薄膜為襯底的嵌段共聚物有序柱狀納米膜，然后經(jīng)過質(zhì)子酸刻蝕制備出MnO2薄膜為襯底的高密度有序納米孔薄膜；并以其為模板，采用化學(xué)氧化法，利用納米孔內(nèi)MnO2的氧化作用，引導(dǎo)聚苯胺在納米孔洞內(nèi)生成聚苯胺納米晶種，然后向溶液中加入氧化劑過硫酸銨，繼續(xù)使得溶液中的苯胺沿聚苯胺晶核繼續(xù)生長，從而制備出位置、尺寸和生長取向可控的高密度有序聚苯胺納米線陣列。
【專利說明】一種有序聚苯胺納米線陣列的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種有序聚苯胺納米線陣列的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]導(dǎo)電高分子材料由于制備成本低，加工方便，能夠?qū)崿F(xiàn)室溫檢測，可向微型化、小型化發(fā)展，已引起研究人員的廣泛重視。聚苯胺(PANI)作為一種典型的本征導(dǎo)電高分子材料，具有優(yōu)良的化學(xué)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性，環(huán)境友好、易加工且成本低，同時具有優(yōu)異的導(dǎo)電性、氧化-還原可逆性以及摻雜與解摻雜等特性，因而在超級電容器、氣敏傳感器、生物傳感器、存儲、水處理等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。
[0003]聚苯胺的特異性能與應(yīng)用領(lǐng)域同其形貌、尺寸、空間位置以及密度等關(guān)系非常密切。排列有序的聚苯胺納米材料比無規(guī)取向的聚苯胺納米材料表現(xiàn)出更好的電子和電化學(xué)性能。通過模板合成法、自組裝法、界面聚合法等多種合成技術(shù)可制備出納米棒、納米管、納米纖維等形態(tài)各異的聚苯胺納米材料，但這些方法難以實現(xiàn)聚苯胺納米線密度、位置和尺寸的精確控制，且去除這些硬模板過程中，聚苯胺納米線/管的取向性和有序性容易被破壞。嵌段共 聚物具有自組裝特性，能夠通過自組裝形成球狀、層狀、柱狀等多種多樣的周期性的納米圖案，為制備不同的結(jié)構(gòu)的納米材料提供了豐富的模板，其刻蝕尺寸可以達(dá)到小于30nm，突破了其它刻蝕技術(shù)難以達(dá)到的尺寸局限性，與納米球蝕刻技術(shù)、電子束蝕刻技術(shù)、納米壓印技術(shù)等相比，具有明顯的優(yōu)越性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明目的在于提供一種有序聚苯胺納米線陣列的制備方法，通過層狀工藝，可以制備方向可控，垂直有序，直徑超細(xì)的聚苯胺納米線陣列，具體步驟包括:
(1)將制備氧化層的前軀體溶解在良溶劑中形成前驅(qū)體溶液，將前驅(qū)體溶液旋涂在半導(dǎo)體硅片表面，然后經(jīng)過程控煅燒形成氧化層；
(2)將嵌段共聚物溶解在良溶劑中形成旋涂液，然后旋涂液旋涂在氧化層上，再經(jīng)過質(zhì)子酸溶解于甲醇中形成的刻蝕劑的刻蝕得到具有納米孔洞的模板層；
(3)將苯胺溶于鹽酸，然后將步驟(2)處理后的半導(dǎo)體硅片置于苯胺的鹽酸溶液中，通過氧化層的定向誘導(dǎo)氧化，在步驟(2)中形成的納米孔洞生成聚苯胺納米晶種；然后往苯胺的鹽酸溶液中加入氧化劑，繼續(xù)氧化苯胺在聚苯胺納米晶種上生長成有序的聚苯胺納米線陣列。
[0005]所述步驟(1)中，制備氧化層的前軀體為硝酸錳、高錳酸鉀中的一種，良溶劑為甲醇，前驅(qū)體與甲醇的質(zhì)量比為2~10:1000 ;程控煅燒程序升溫速率為1°C /min，升溫至600°C，恒溫600°C，恒溫時間2h ;降溫至室溫，降溫速率1°C /min。
[0006]所述步驟(2)中，制備模板層的嵌段共聚物為聚苯乙烯-b_聚(4-乙烯基吡啶)(PS-b-P4VP)，具有以下片段結(jié)構(gòu):
【權(quán)利要求】
1.一種有序聚苯胺納米線陣列的制備方法，其特征在于包括如下步驟: (1)將制備氧化層的前軀體溶解在良溶劑中形成前驅(qū)體溶液，將前驅(qū)體溶液旋涂在半導(dǎo)體硅片表面，然后經(jīng)過程控煅燒形成氧化層； (2)將嵌段共聚物溶解在良溶劑中形成旋涂液，然后旋涂液旋涂在氧化層上，再經(jīng)過質(zhì)子酸溶解于甲醇中形成的刻蝕劑的刻蝕得到具有納米孔洞的模板層； (3)將苯胺溶于鹽酸，然后將步驟(2)處理后的半導(dǎo)體硅片置于苯胺的鹽酸溶液中，通過氧化層的定向誘導(dǎo)氧化，在步驟(2)中形成的納米孔洞生成聚苯胺納米晶種；然后往苯胺的鹽酸溶液中加入氧化劑，繼續(xù)氧化苯胺在聚苯胺納米晶種上生長成有序聚苯胺納米線陣列。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于:所述步驟(1)中，制備氧化層的前軀體為硝酸錳、高錳酸鉀中的一種，良溶劑為甲醇，前驅(qū)體與甲醇的質(zhì)量比為2~10:1000 ;程控煅燒程序升溫速率為TC /min，升溫至600°C，恒溫600°C，恒溫時間2h ;降溫至室溫，降溫速率1°C /min。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于:所述步驟(2)中，制備模板層的嵌段共聚物為聚苯乙烯-b_聚(4-乙烯基吡啶)，具有以下片段結(jié)構(gòu):

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于:步驟(2)中所用質(zhì)子酸為質(zhì)量含量37%鹽酸、質(zhì)量含量40%氫氟酸中的一種，溶劑為甲醇，質(zhì)子酸與甲醇的質(zhì)量比為1:40~60，刻蝕時間為60~120min。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于:步驟(3)中所用鹽酸為質(zhì)量含量37%的鹽酸，氧化層的定向誘導(dǎo)氧化在納米孔洞形成聚苯胺納米晶種的反應(yīng)時間為30~120min ;然后向苯胺的鹽酸溶液中加入的氧化劑為過硫酸銨，繼續(xù)氧化苯胺在聚苯胺晶種形成有序的聚苯胺納米線陣列層，反應(yīng)時間為15~120min ;苯胺:氧化劑:鹽酸的質(zhì)量比為 I~5:0.5~3:1000。
【文檔編號】B82Y30/00GK103992476SQ201410153513
【公開日】2014年8月20日 申請日期:2014年4月17日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月17日
【發(fā)明者】易國斌, 張政, 俎喜紅, 王歡, 黃海亮, 吳建東 申請人:廣東工業(yè)大學(xué)