基於銳鈦礦型TiO₂納米棒的無機液晶及其用途的製作方法

2023-05-16 15:28:16 3

專利名稱：基於銳鈦礦型TiO2納米棒的無機液晶及其用途的製作方法
技術領域：
本發明涉及半導體納米晶的無機液晶，尤其涉及一種基於銳鈦礦型T^2納米棒的無機液晶及其用途。
背景技術：
液晶材料是現代社會一種非常重要的光電功能材料，自從F. Reinitzer發現膽茁醇苯甲酸酯和醋酸酯的液晶以來，科學家已經發現了近十萬種有機液晶材料。隨著科學技術的發展，對液晶材料的要求也越來越高，常用的有機液晶材料已經漸漸顯現出局限性。與有機液晶相比，無機液晶除具有強的各向異性和雙折射的性質外，還具有富電子的特性，這使其有著特殊的光學、電學以及磁學等性質。1925年，德國科學家^cher在V2O5中首次發現了無機納米顆粒溶膠的液晶行為，迄今為止，已經被完全表徵的無機液晶材料只有％05、 三水鋁石(Al (OH) 3、β-FeOOH等數十種。隨著研究的深入，由於納米棒的比表面積高於量子點，這就使得其表面形成了更高密度的表面反應活性點和更高的界面電荷載流子的傳輸速率；在納米棒中電子能夠沿著一維納米棒的長軸方向傳輸，由此產生的載流子在納米棒中的顯著離域化效果能夠減少電子、空穴的複合機率，從而部分彌補表面陷阱態的產生以保證更高效的載流子分離效率等優異的特性，所以對於無機液晶材料的研究集中於半導體納米棒無機液晶方向。但到目前為止，科學家們只發現了 CdSe、SnO2, ZnO, CdTe和金紅石型TW2納米棒的無機液晶。本發明就是首次將無機液晶的範圍拓展到銳鈦礦型T^2納米棒。

發明內容
本發明的目的是克服現有技術的不足，提供一種基於銳鈦礦型T^2納米棒的無機液晶及其用途。基於銳鈦礦型TiA納米棒的無機液晶是由直徑為ι 2 nm、長度為20 40 nm 的銳鈦礦型TiO2納米棒和油酸溶劑構成濃度為0. 1 0.3M的無機液晶。所述的濃度為 0. 1 0. 16M的液晶相為向列相；濃度為0. 17 0. 24M的液晶相為球晶相；濃度為0. 25 0. 3M的液晶相為近晶相。基於銳鈦礦型T^2納米棒的無機液晶用於製作位移/壓力傳感器和溫度傳感器。本發明與現有技術相比具有的有益效果基於銳鈦礦型TiO2納米棒的無機液晶更加清潔、廉價，而且對環境無汙染。基於基於銳鈦礦型TiO2納米棒的無機液晶為直接合成出的，無需進行表面改性處理。銳鈦礦型TiA納米棒形成的球晶尺寸在20 50Mffl左右，便於在實際應用中篩選和分離。TiA納米棒形成的球晶的外圍是由低濃度的TiA納米棒自組裝形成的絲狀相構成的，因而具有極大的比表面積，可以吸附大量的有毒物質和有機物。 銳鈦礦型TW2是一種極佳的光催化材料，銳鈦礦型TiA納米棒形成的球晶的結構可以大大地提高銳鈦礦型TiA的光催化的性能。因此，我們可以認為，銳鈦礦型TiA納米棒形成的球晶在作為特種酶的載體、有毒物質的高效吸附劑和新型的高效光催化材料等領域的研究
3和應用中具有廣闊的前景。


圖1是採用微乳液方法，利用胺解工藝，直接製備出的TiA納米棒的TEM圖片； 圖2是採用微乳液方法，利用胺解工藝，直接製備出的TW2納米棒的XRD圖譜；
圖3是濃度為0. 120M的銳鈦礦型TiA納米棒和油酸的無機液晶的偏光照片； 圖4是濃度為0. 189M的銳鈦礦型TW2納米棒和油酸的無機液晶的偏光照片； 圖5是濃度為0. 231M的銳鈦礦型TW2納米棒和油酸的無機液晶的偏光照片； 圖6是濃度為0. 231M的銳鈦礦型TiO2納米棒和油酸的球晶的偏光照片及其負球晶和黑十字消光的示意圖7是濃度為0. 231M的銳鈦礦型TW2納米棒和油酸的球晶應用作位移、壓力傳感器的偏光照片；
圖8是濃度為0. 231M的銳鈦礦型TW2納米和油酸的球晶應用作溫度傳感器的偏光照
片；
圖9是濃度為0. 262M的銳鈦礦型TW2納米棒和油酸的無機液晶的偏光照片； 圖10是濃度為0. 284M的銳鈦礦型TW2納米棒和油酸的無機液晶的偏光照片。
具體實施例方式實施案例1
室溫下，將油酸(1.6mL，5 mmol)加入十八碳烯(6 mL)中，攪拌均勻。然後把溫度加到 80°C，氬氣氛中保持1小時，除去溶液中殘餘的水和氧。將鈦酸四丁酯(0.24 mL, 1 mmol) 注入至上述的混合溶液，在80°C下繼續保溫20分鐘。在這個過程中，會發現溶液慢慢地由無色變為淺黃色，表明在此過程中有油酸鈦的形成。將該反應體系加熱至^KTC保持10分鐘。然後將油胺(0.48mL，1.5mmol)快速注入到該反應體系，促發「胺解」反應，伴隨著強烈的攪拌，在^KTC的條件下保溫90分鐘。反應結束，保存合成出的理論濃度為0. 120M的銳鈦礦型TiO2納米和油酸的無機液晶。採用NIKON ECLIPSE E600P0L透、反兩用偏光顯微鏡，在加入敏銳色補償器、實驗溫度為20°C、放大倍率為200的狀態下，觀測濃度為0. 120M 的銳鈦礦型TiO2納米棒和油酸的無機液晶。(如圖3所示)。將甲苯(6 mL)和丙酮(3 mL)分別加入到濃度為0. 120M的銳鈦礦型TW2納米棒和油酸的無機液晶中，以5000轉/分鐘的轉速離心30分鐘。離心結束後，會有黃色TW2沉澱析出，去除上清液，用IOmL的非極性溶劑正己烷溶解沉澱，超聲0.證處理後，取一滴處理液滴在覆有碳支持膜的銅網上，最後採用JEM-1200透射電鏡(加速電壓80kV)描述樣品的微觀形貌(如圖1所示)。樣品的晶型採用飛利浦PW1050粉末衍射儀進行分析，衍射儀的工作波長為CuKa,測量角度20° 80° (如圖2所示)。實驗合成出了尺寸均一、直徑幾乎一致、且具備自組裝特性的銳鈦礦型TW2納米棒(直徑約1. 2 nm、長度20 32nm)。實施案例2:
室溫下，將油酸(3.2mL，10 mmol)加入十八碳烯(6 mL)中，攪拌均勻。然後把溫度加到80°C，氬氣氛中保持1小時，除去溶液中殘餘的水和氧。將鈦酸四丁酯(0.48 mL, 2mmol) 注入至上述的混合溶液，在80°C下繼續保溫20分鐘。在這個過程中，會發現溶液慢慢地由無色變為淺黃色，表明在此過程中有油酸鈦的形成。將該反應體系加熱至^KTC保持10分鐘。然後將油胺(0.96mL，3mmol)快速注入到該反應體系，促發「胺解」反應，伴隨著強烈的攪拌，在^KTC的條件下保溫90分鐘。反應結束，保存合成出的理論濃度為0. 189M的銳鈦礦型TiO2納米和油酸的無機液晶。採用NIKON ECLIPSE E600P0L透、反兩用偏光顯微鏡， 在加入敏銳色補償器、實驗溫度為20°C、放大倍率為200的狀態下，觀測濃度為0. 189M的銳鈦礦型TiO2納米棒和油酸的無機液晶。(如圖4所示)。將甲苯(12mL)和丙酮(6 mL)分別加入到濃度為0. 189M的銳鈦礦型TW2納米棒和油酸的無機液晶中，以5000轉/分鐘的轉速離心30分鐘。離心結束後，會有黃色TW2沉澱析出，去除上清液，用IOmL的非極性溶劑正己烷溶解沉澱，超聲0.證處理後，取一滴處理液滴在覆有碳支持膜的銅網上，最後採用JEM-1200透射電鏡(加速電壓80kV)描述樣品的微觀形貌。樣品的晶型採用飛利浦PW1050粉末衍射儀進行分析，衍射儀的工作波長為 CuKa,測量角度20° 80°。實驗合成出了尺寸均一、直徑幾乎一致、且具備自組裝特性的銳鈦礦型TW2納米棒(直徑約1. 4nm、長度22 35nm)。實施案例3:
室溫下，將油酸(4.8mL，15 mmol)加入十八碳烯(6 mL)中，攪拌均勻。然後把溫度加到80°C，氬氣氛中保持1小時，除去溶液中殘餘的水和氧。將鈦酸四丁酯(0.72 mL, 3mmol) 注入至上述的混合溶液，在80°C下繼續保溫20分鐘。在這個過程中，會發現溶液慢慢地由無色變為淺黃色，表明在此過程中有油酸鈦的形成。將該反應體系加熱至^KTC保持10分鐘。然後將油胺(1.28mL，4. 5mmol)快速注入到該反應體系，促發「胺解」反應，伴隨著強烈的攪拌，在^KTC的條件下保溫90分鐘。反應結束，保存合成出的理論濃度為0. 231M的銳鈦礦型TiO2納米和油酸的無機液晶。採用NIKON ECLIPSE E600P0L透、反兩用偏光顯微鏡，在加入敏銳色補償器、實驗溫度為20°C、放大倍率為200的狀態下，觀測濃度為0. 231M 的銳鈦礦型TiO2納米棒和油酸的無機液晶。(如圖5、圖6所示)。將甲苯(18 mL)和丙酮(9 mL)分別加入到濃度為0. 231M的銳鈦礦型TW2納米棒和油酸的無機液晶中，以5000轉/分鐘的轉速離心30分鐘。離心結束後，會有黃色TW2沉澱析出，去除上清液，用IOmL的非極性溶劑正己烷溶解沉澱，超聲0.證處理後，取一滴處理液滴在覆有碳支持膜的銅網上，最後採用JEM-1200透射電鏡(加速電壓80kV)描述樣品的微觀形貌。樣品的晶型採用飛利浦PW1050粉末衍射儀進行分析，衍射儀的工作波長為 CuKa,測量角度20° 80°。利用兩根直徑為125ΜΠ1的玻璃纖維控制上下兩塊載玻片之間的距離，觀測在有、 無上載玻片的兩種狀態下的濃度為0. 231M的銳鈦礦型TW2納米棒和油酸的球晶；在不控制上下兩塊載玻片之間的距離的條件下，通過對上載玻片分別施加2N、50N的壓力，觀測濃度為0. 231M的銳鈦礦型TW2納米棒和油酸的球晶(如圖7所示)。採用NIKON ECLIPSE E600P0L透、反兩用偏光顯微鏡(帶熱臺)，在加入敏銳色補償器、放大倍率為200的狀態的條件下，以20°C作為起始溫度，以1°C /min的升溫速率和降溫速率，觀測在不同的溫度條件下濃度為0. 231M的銳鈦礦型TW2納米棒和油酸的球晶(如圖 8所示)。實施案例4:
室溫下，將油酸(6.4mL，20 mmol)加入十八碳烯(6 mL)中，攪拌均勻。然後把溫度加到80°C，氬氣氛中保持1小時，除去溶液中殘餘的水和氧。將鈦酸四丁酯(0.96 mL, 4mmol) 注入至上述的混合溶液，在80°C下繼續保溫20分鐘。在這個過程中，會發現溶液慢慢地由無色變為淺黃色，表明在此過程中有油酸鈦的形成。將該反應體系加熱至^KTC保持10分鐘。然後將油胺(1.6mL，6mmol)快速注入到該反應體系，促發「胺解」反應，伴隨著強烈的攪拌，在^KTC的條件下保溫90分鐘。反應結束，保存合成出的理論濃度為0. 262M的銳鈦礦型TiO2納米和油酸的無機液晶。採用NIKON ECLIPSE E600P0L透、反兩用偏光顯微鏡， 在加入敏銳色補償器、實驗溫度為20°C、放大倍率為200的狀態下，觀測濃度為0. 262M的銳鈦礦型TiO2納米棒和油酸的無機液晶。(如圖9所示)。將甲苯(24 mL)和丙酮(12 mL)分別加入到濃度為0. 262M的銳鈦礦型TW2納米棒和油酸的無機液晶中，以5000轉/分鐘的轉速離心30分鐘。離心結束後，會有黃色TW2 沉澱析出，去除上清液，用IOmL的非極性溶劑正己烷溶解沉澱，超聲0.證處理後，取一滴處理液滴在覆有碳支持膜的銅網上，最後採用JEM-1200透射電鏡(加速電壓80kV)描述樣品的微觀形貌。樣品的晶型採用飛利浦PW1050粉末衍射儀進行分析，衍射儀的工作波長為 CuKa,測量角度20° 80°。實驗合成出了尺寸均一、直徑幾乎一致、且具備自組裝特性的銳鈦礦型TW2納米棒(直徑約1. 7nm、長度沈 37nm)。實施案例5:
室溫下，將油酸(8mL，25 mmol)加入十八碳烯(6 mL)中，攪拌均勻。然後把溫度加到 80°C，氬氣氛中保持1小時，除去溶液中殘餘的水和氧。將鈦酸四丁酯(1.2 mL，5mmol)注入至上述的混合溶液，在80°C下繼續保溫20分鐘。在這個過程中，會發現溶液慢慢地由無色變為淺黃色，表明在此過程中有油酸鈦的形成。將該反應體系加熱至^KTC保持10分鐘。 然後將油胺(2. 08mL, 7. 5mmol)快速注入到該反應體系，促發「胺解」反應，伴隨著強烈的攪拌，在260°C的條件下保溫90分鐘。反應結束，保存合成出的理論濃度為0. 284M的銳鈦礦型TiO2納米和油酸的無機液晶。採用NIKON ECLIPSE E600P0L透、反兩用偏光顯微鏡，在加入敏銳色補償器、實驗溫度為20°C、放大倍率為200的狀態下，觀測濃度為0. 284M的銳鈦礦型TiO2納米棒和油酸的無機液晶。(如圖10所示)。將甲苯(30 mL)和丙酮(15 mL)分別加入到濃度為0. 的銳鈦礦型TiO2納米棒和油酸的無機液晶中，以5000轉/分鐘的轉速離心30分鐘。離心結束後，會有黃色TW2 沉澱析出，去除上清液，用IOmL的非極性溶劑正己烷溶解沉澱，超聲0.證處理後，取一滴處理液滴在覆有碳支持膜的銅網上，最後採用JEM-1200透射電鏡(加速電壓80kV)描述樣品的微觀形貌。樣品的晶型採用飛利浦PW1050粉末衍射儀進行分析，衍射儀的工作波長為 CuKa,測量角度20° 80°。實驗合成出了尺寸均一、直徑幾乎一致、且具備自組裝特性的銳鈦礦型TW2納米棒(直徑約1. 9nm、長度觀 40nm)。
權利要求
1.一種基於銳鈦礦型TiO2納米棒的無機液晶，其特徵在於它是由直徑為1 2 nm、長度為20 40 nm的銳鈦礦型TW2納米棒和油酸溶劑構成濃度為0. 1 0. 3M的無機液晶。
2.根據權利要求1所述的一種基於銳鈦礦型TiA納米棒的無機液晶，其特徵在於所述的濃度為0. 1 0. 16M的液晶相為向列相；濃度為0. 17 0. 24M的液晶相為球晶相；濃度為0. 25 0. 3M的液晶相為近晶相。
3.一種根據權利要求1所述基於銳鈦礦型TiA納米棒的無機液晶的用途，其特徵在於用於製作位移/壓力傳感器和溫度傳感器。
全文摘要
本發明公開了一種基於銳鈦礦型TiO2納米棒的無機液晶及其用途。它是由直徑為1～2nm、長度為20～40nm的銳鈦礦型TiO2納米棒和油酸溶劑構成濃度為0.1～0.3M的無機液晶。所述的濃度為0.1～0.16M的液晶相為向列相；濃度為0.17～0.24M的液晶相為球晶相；濃度為0.25～0.3M的液晶相為近晶相。基於銳鈦礦型TiO2納米棒的無機液晶用於製作位移/壓力傳感器和溫度傳感器。本發明首次將無機液晶的範圍拓展到了銳鈦礦型TiO2納米棒，該液晶除了可應用於傳統的液晶顯示領域，還可以應用於位移/壓力傳感器和溫度傳感器領域。
文檔編號C12N11/14GK102167980SQ20111005603
公開日2011年8月31日 申請日期2011年3月9日 優先權日2011年3月9日
發明者任志敏, 樊先平, 王智宇, 石欣超, 錢國棟 申請人:浙江大學