納米殼層結構的亞微米金屬/介電複合介質微球製備方法

2023-08-07 04:03:21

專利名稱：納米殼層結構的亞微米金屬/介電複合介質微球製備方法
技術領域：
本發明公開了一種納米殼層結構的亞微米金屬/介電複合介質微球的快速製備方法，屬於納米結構材料製備技術。
背景技術：
以介電球為支撐內核和金屬為殼的亞微米複合介質微球，具有非常重要而新穎的光學、電學性質，是一類非常重要的功能材料—光子晶體—的堆砌單元，參見Wang，Z.L.；Chan，C.T.；Zhang，W.Y.；Ming，N.B.and Sheng，P.Phys.Rev.B2001，64，113108。
到目前為止，研究人員已提出了在膠體微球表面包裹納米金屬層的多種方法。這些塗層方法主要包括表面種子生長技術，參見S.J.Oldenburg，R.D.Averitt，S.L.Westcott，N.J.Halas，Chem.Phys.Lett.1998，288，243；表面沉積反應，參見L.M.Liz-Marzán，M.Giersig，P.Mulvaney，Langmuir，1996，12，4329；表面化學方法處理與吸附金屬納米顆粒吸附技術，參見S.L.Westcott，S.J.Oldenburg，T.R.Lee，N.J.Halas，Langmuir 1998，14，5396；金屬納米顆粒/聚合電解質層層自組裝方法，參見F.Crruso，M.Spasova，V. ，L.M.Liz-Marzán，Adv.Mater.2001，13，1090；超聲包裹方法，V.G.Pol，D.N.Srivastava，O.Palchik，V.Palchik，M.A.Slifkin，A.M.Weiss，A.Gedanken，Langmuir 2002，18，3352。在這些方法中，金屬顆粒與聚合電解質吸附方法一般需要多次重複包裹，才能形成一定厚度的金屬層，而表面沉積反應法反應條件苛刻難以控制。

發明內容
1、發明目的本發明的目的是提供一種簡單、快速、有效的合成具有納米殼層結構的亞微米金屬/介電複合介質微球的方法。
2、技術方案本發明是以聚苯乙烯膠體微球為內核，通過溶脹布種-種子生長兩步法在其表面快速地包裹金屬銀，以獲得具有納米殼層結構的金屬/介電複合介質球。其步驟是步驟1將20毫克聚苯乙烯膠體微球放入由5～10毫升乙醇、0.1～5毫升丙酮、0.1～1毫升甲醛、0.1～5毫升硝酸銀-氨—乙醇溶液(6wt％硝酸銀，氨水剛好完全絡合)組成的複合溶液浸泡。
加入丙酮是為了使聚苯乙烯膠體微球表面溶脹，便於銀離子滲入膠體微球表面。
步驟2浸泡1～30分鐘後，加入0.1～1毫升甲醛並加熱至30～90℃，持續1～30分鐘，使因聚苯乙烯溶脹而滲入聚苯乙烯膠體微球表面的銀離子被還原成為銀納米顆粒；這些附著在膠體微球表面上的納米銀顆粒作為種子進一步生長，形成一個均勻而連續的納米銀球殼包裹層。
3、有益效果本發明製備工藝簡單，效率高，能迅速地製備具有介電/金屬殼層結構的複合介質球。
四以下結合附圖並通過實例對本發明作進一步說明

圖1為本發明的製備流程示意圖。
圖2為本發明所採用的作為內核的單分散聚苯乙烯微球(直徑1.8微米)透射電子顯微鏡(TEM)照片。
圖3展示了丙酮對合成複合介質球的銀包裹層的影響。其中圖3(a)為不使用丙酮的結果；3(b)為在溶液有10vt％丙酮的結果圖；3(c)對應圖3(b)的放大圖；3(d)為使用20vt％的丙酮的結果。
圖4為硝酸銀的使用量對合成複合介質球的銀殼層結構的影響。其中圖4(a)為在複合溶液含有1.5wt％硝酸銀溶液的結果；4(b)為含有10wt％硝酸銀溶液的結果。
圖5是銀殼層結構的複合介質球的X射線衍射譜(XRD)。
五具體實施例方式
實施例1本發明具體製備過程如下，將5～10毫升乙醇、0.1～5毫升丙酮、0.1～1毫升甲醛、0.1～5毫升硝酸銀-氨—乙醇溶液(6wt％硝酸銀，氨水剛好完全絡合)組成的複合溶液加入到20毫升的燒杯中，然後加入20毫克聚苯乙烯膠體微球並攪拌1～30分鐘，隨後加入0.2毫升甲醛加熱至30～90℃並持續1～30分鐘，最後通過離心分離，獲得銀包裹殼層結構的複合介質球。
圖2為本發明所採用的直徑1.8微米的單分散聚苯乙烯微球TEM照片。圖3展示了丙酮對所獲得的複合介質球銀包裹殼層結構的影響。3(a)為不使用丙酮的結果。可以看到，在聚苯乙烯微球表面僅有少量的銀納米顆粒。3(b)為在溶液加入10vt％丙酮的結果，可以看到在聚苯乙烯表面形成幾乎連續的銀包裹層。圖3(c)對應圖3(b)的放大圖。3(d)為使用20vt％的丙酮的結果，此時聚苯乙烯表面幾乎沒有銀納米顆粒，這是由於聚苯乙烯過度膨脹，使得銀納米粒子從聚苯乙烯微球表面脫落所致。
圖4為硝酸銀的用量對合成銀殼層複合介質球的影響。圖4(a)為複合溶液中硝酸銀含量1.5wt％所獲得的結果，可以看到銀顆粒大小均勻，但沒有形成連續而完整的銀球殼。4(b)為複合溶液中硝酸銀含量10wt％的結果，可以看到，在聚苯乙烯表面形成連續而完整的銀球殼，同時由於粒子間的相互作用，所吸附的小銀粒子使複合介質球表面有些變形。
圖5是銀包裹殼層結構的複合介質球的X射線衍射譜(XRD)。所觀測到的強衍射峰分別對應面心立方銀晶的(111)、(200)、(220)和(311)面的衍射。
實施例2將5毫升乙醇、5毫升丙酮、0.1毫升甲醛、5毫升硝酸銀-氨—乙醇溶液(6wt％硝酸銀，氨水剛好完全絡合)組成的複合溶液加入到20毫升的燒杯中，然後加入20毫克聚苯乙烯膠體微球並攪拌30分鐘，隨後加入1毫升甲醛加熱至90℃並持續1分鐘，最後通過離心分離，獲得銀包裹殼層結構的複合介質球。
實施例3將10毫升乙醇、0.1毫升丙酮、1毫升甲醛、0.1毫升硝酸銀-氨—乙醇溶液(6wt％硝酸銀，氨水剛好完全絡合)組成的複合溶液加入到20毫升的燒杯中，然後加入20毫克聚苯乙烯膠體微球並攪拌1分鐘，隨後加入0.1毫升甲醛加熱至30℃並持續30分鐘，最後通過離心分離，獲得銀包裹殼層結構的複合介質球。
實施例4將7.5毫升乙醇、3毫升丙酮、0.5毫升甲醛、3毫升硝酸銀-氨—乙醇溶液(6wt％硝酸銀，氨水剛好完全絡合)組成的複合溶液加入到20毫升的燒杯中，然後加入20毫克聚苯乙烯膠體微球並攪拌15分鐘，隨後加入0.5毫升甲醛加熱至60℃並持續20分鐘，最後通過離心分離，獲得銀包裹殼層結構的複合介質球。
權利要求
1.一種納米殼層結構的亞微米金屬/介電複合介質微球製備方法，其特徵是它包括以下步驟步驟1將20毫克聚苯乙烯膠體微球放入由5～10毫升乙醇、0.1～5毫升丙酮、0.1～1毫升甲醛、0.1～5毫升硝酸銀-氨-乙醇溶液(6wt％硝酸銀，氨水剛好完全絡合)組成的複合溶液浸泡；步驟2浸泡1～30分鐘後，加入0.1～1毫升甲醛並加熱至30～90℃並持續1～30分鐘，使因聚苯乙烯溶脹而滲入聚苯乙烯膠體微球表面的銀離子被還原成為銀種子；這些附著在膠體微球表面上的納米銀顆粒作為種子進一步生長，形成一個均勻而連續的銀球殼包裹層。
2.根據權利要求1所述的一種納米殼層結構的亞微米金屬/介電複合介質微球製備方法，其特徵是在步驟2中利用溶脹法吸收銀離子進而還原成為銀種子。
全文摘要
本發明公開了一種納米殼層結構的亞微米金屬/介電複合介質微球製備方法，其步驟是將聚苯乙烯膠體微球放入由甲醛、硝酸銀、丙酮和氨水組成的溶液浸泡；然後加入甲醛溶液並加熱，使因聚苯乙烯溶脹而滲入聚苯乙烯膠體微球表面的銀離子被還原成為銀種子；這些附著在膠體微球表面上的納米銀顆粒作為種子進一步生長，形成一個均勻而連續的納米銀球殼包裹層。本發明製備工藝簡單，效率高，能迅速地製備具有介電/金屬的殼層結構複合介質球。
文檔編號B82B3/00GK1775657SQ200510094968
公開日2006年5月24日 申請日期2005年10月24日 優先權日2005年10月24日
發明者王振林, 劉俊兵, 王斯禎, 詹鵬 申請人:南京大學