專利名稱：：基于硅納米線的熒光化學(xué)邏輯開關(guān)及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明屬于一維納米結(jié)構(gòu)的熒光化學(xué)邏輯開關(guān)領(lǐng)域，特別涉及基于硅納米線的熒光化學(xué)邏輯開關(guān)的制備方法，及由該方法得到的基于硅納米線的熒光化學(xué)邏輯開關(guān)。
背景技術(shù)：
：由于有機分子可進行多樣性的設(shè)計和可控合成，近年來，用有機分子組成的光開關(guān)器件作為未來數(shù)字處理系統(tǒng)中一個潛在的重要組成部分，相關(guān)研究引起了人們的極大的興趣?？梢酝ㄟ^光、電、磁、化學(xué)信號的輸入，改變有機分子的光、電、磁信號的輸出，這樣就可以通過輸入、輸出信號的編碼，來實現(xiàn)二進制的轉(zhuǎn)化，從而實現(xiàn)在分子尺度上的邏輯運算。在各種輸入和輸出信號中，由于熒光信號操作簡單、靈敏度高、響應(yīng)時間短、可在單分子水平進行無線操作，是一種理想的輸出信號?；谟袡C分子的AND、OR、INH、XOR、XNOR、NOR、Half-adder、Half-subtractor等各種各樣的邏輯運算均已被廣泛研究，但分子邏輯運算的實際應(yīng)用遠未達到單分子水平。因此，研究可實際應(yīng)用的小型邏輯運算器件是很有必要的。將不同功能性有機分子組裝在足夠小的載體上，就有可能實現(xiàn)分子邏輯運算的目標(biāo)。聚合物納米顆粒被用于光開關(guān)的研究曾有過一篇相關(guān)報道(NatureMaterials,2006，A.P.deSilva)，但是，納米顆粒的密堆積方式往往使其與周圍環(huán)境的實際接觸面積遠遠小于理論預(yù)期，特別是在液體環(huán)境下，由于液體表面張力的作用，液體很難深入到內(nèi)部顆粒，使得問題尤為嚴重，從而降低了其實際響應(yīng)程度；因此，給實際應(yīng)用帶來了諸多不便。硅納米線由于制備簡單、容易表面修飾，方便制成納米陣列，通過對陣列中的納米材料分別進行不同功能開關(guān)的修飾，有利于實現(xiàn)納米陣列的多種邏輯運算、能結(jié)合納米線陣列制備的簡便性和有機合成的多樣性、能與現(xiàn)有的半導(dǎo)體技術(shù)相兼容，所有這些特點可能使硅納米線成為合適的分子開關(guān)載體。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是充分利用硅納米線的小尺寸及硅納米線陣列制備的方便性，將具有邏輯開關(guān)功能的丹磺酰胺修飾到硅納米線的表面，從而提供一種基于硅納米線的熒光化學(xué)邏輯開關(guān)的制備方法。本發(fā)明的再一目的是提供由目的一方法制備得到的基于硅納米線的熒光化學(xué)邏輯開關(guān)，以解決利用有機分子邏輯開關(guān)所面臨的問題。本發(fā)明的方法是將由氣相沉積法制備得到的硅納米線進行表面處理，其表面處理是表面等離子體處理、激光照射、離子表面轟擊或用化學(xué)方法進行表面活化；然后在對表面處理過的干燥的硅納米線的表面進行修飾，在其表面共價修飾有邏輯開關(guān)功能的丹磺酰胺，得到基于硅納米線的熒光化學(xué)邏輯開關(guān)。本發(fā)明的基于硅納米線的熒光化學(xué)邏輯開關(guān)的制備方法包括以下步驟1)硅納米線的表面處理將硅納米線在溫度為90-150。C的氧等離子體中處理1-3小時；或用波長為325納米的連續(xù)激光對硅納米線照射0.5-2小時；或用鈣離子源轟擊硅納米線0.5-2小時；或用化學(xué)方法進行表面活化，將硅納米線放入質(zhì)量濃度為98X的濃硫酸(H2S0J和質(zhì)量濃度為30%的雙氧水(仏02)的混合液中(仏304^202的體積比為7:3)，在溫度為60-9(TC下煮10-60分鐘，冷至室溫，反復(fù)用二次蒸餾水洗至中性，然后放入仏0:^02:冊3.&0的體積比為3-5:0.2-1:1的混合液中1-3小時，取出，反復(fù)用二次蒸餾水洗至中性，真空干燥；2)硅納米線的表面修飾在連有分水器的容器(如圓底燒瓶)中加入20mg步驟l)得到的表面處理過的干燥的硅納米線和40mL無水甲苯，惰性氣體(如氮氣等)保護下，加熱到14(TC共沸蒸餾除去水分，蒸出30mL甲苯后，降溫至60-90。C并加入0.6mmo1-1.8mmo1的N-3-三乙氧基硅丙基丹磺酰胺，在溫度為60-90。C下攪拌12-48小時，降至室溫，用微量過濾器過濾得到表面修飾的硅納米線粗產(chǎn)品；粗產(chǎn)品反復(fù)在有機溶劑中進行超聲清洗，過濾，除去未反應(yīng)的N-3-三乙氧基硅丙基丹磺酰胺，真空干燥得到基于硅納米線的熒光化學(xué)邏輯開關(guān)。所述的硅納米線可用氣相沉積法制備得到。如將3克SiO放置于水平管式爐的氧化鋁爐管中間，對氧化鋁爐管抽真空至10—2帕，然后向氧化鋁爐管中通入氬氣和氫氣的混合氣體，其中氫氣含量占混合氣體體積的1%10%之間；將氧化鋁爐管的氣壓穩(wěn)定在10000帕到50000帕之間，將管式爐溫度升高到1290°C-1350°C，并保持該溫度3-8小時，然后，管式爐自然降溫，最終在管式爐的低溫區(qū)得到硅納米線。所述的硅納米線直徑在1525nm，長度在lum10um。所述的粗產(chǎn)品在有機溶劑中進行超聲清洗是依次在甲苯，二氯甲垸，乙醇中進行超聲清洗。步驟2)所述的無水甲苯優(yōu)選是新蒸的無水甲苯。在對本發(fā)明方法得到的基于硅納米線的熒光化學(xué)邏輯開關(guān)進行熒光檢測時，是將基于硅納米線的熒光化學(xué)邏輯開關(guān)分散于去離子水中形成懸浮液，用熒光光譜儀進行開關(guān)功能的測試。所用激光的激發(fā)光波長330nm，發(fā)射光波長535nm。熒光光譜儀檢測基于硅納米線的熒光化學(xué)邏輯開關(guān)表面N-3-三乙氧基硅丙基丹磺酰胺的熒光變化，是檢測基于硅納米線的熒光化學(xué)邏輯開關(guān)表面N-3-三乙氧基硅丙基丹磺酰胺的熒光增強或淬滅。所述的基于硅納米線的熒光化學(xué)邏輯開關(guān)的一維納米結(jié)構(gòu)本身在分散于去離子水中進行熒光檢測中是無序分布，或是有序陣列分布。本發(fā)明的有益效果本發(fā)明通過對硅納米線進行表面修飾，實現(xiàn)了基于硅納米線的熒光化學(xué)邏輯開關(guān)，而且，硅納米線的體積小、容易制成陣列，這些為制備體積更小、集成化程度更高的光化學(xué)邏輯器件提供了一種新的思路和方法。下面結(jié)合具體實施例及附圖對本發(fā)明作進一步的說明。圖1.本發(fā)明中硅納米線的表面修飾及開關(guān)過程示意圖。圖2.本發(fā)明實施例1-9中基于硅納米線的熒光化學(xué)邏輯開關(guān)在輸入下面l-8條件下的熒光光譜圖；其中，l-8依次為丹磺酰胺修飾硅納米線+氯離子、丹磺酰胺修飾硅納米線、丹磺酰胺修飾硅納米線+汞離子+氯離子、丹磺酰胺修飾硅納米線+汞離子、丹磺酰胺修飾硅納米線+氫離子、丹磺酰胺修飾硅納米線+氯離子+氫離子、丹磺酰胺修飾硅納米線+汞離子+氯離子+氫離子、丹磺酰胺修飾硅納米線+汞離子+氫離子。圖3.本發(fā)明實施例1-9中丹磺酰胺修飾硅納米線得到的基于硅納米線的熒光化學(xué)邏輯開關(guān)對各種陽離子(A)和陰離子(B)的響應(yīng)；其中，黑色柱狀圖代表2mM不同金屬離子(A)和不同陰離子(B)對丹磺酰胺修飾硅納米線熒光的響5應(yīng)，白色柱狀圖代表2mM不同金屬離子(A)和不同陰離子(B)與0.2mM汞離子共存時對丹磺酰胺修飾硅納米線熒光的響應(yīng)。圖4.本發(fā)明中丹磺酰胺修飾硅納米線得到的基于硅納米線的熒光化學(xué)邏輯開關(guān)示意圖。具體實施方式實施例1將3克SiO放置于水平管式爐的氧化鋁爐管中間，然后對氧化鋁爐管抽真空至IO"帕，然后向氧化鋁爐管中通入氬氣和氫氣的混合氣體，其中氫氣含量占混合氣體體積的5%之間。將氧化鋁爐管的氣壓穩(wěn)定在10000帕。然后將管式爐溫度升高到1290°C，并保持溫度6小時后，管式爐自然降溫。最終在管式爐的低溫區(qū)得到硅納米線，硅納米線直徑在15-25nm，長度在lum10um。將得到的硅納米線在溫度為15(TC的氧等離子體中處理3小時。在連有分水器的100mL圓底燒瓶中加入20mg氧等離子體處理過的硅納米線和40mL新蒸的無水甲苯，氮氣保護下，加熱到14(TC共沸蒸餾除去水分，蒸出30mL甲苯后，降至9(TC并加入0.60mmo1的N-3-三乙氧基硅丙基丹磺酰胺，9(TC攪拌48小時，降至室溫，用微量過濾器過濾得到表面修飾硅納米線粗產(chǎn)品。粗產(chǎn)品反復(fù)依次在甲苯，二氯甲烷，乙醇中進行超聲清洗，過濾，除去未反應(yīng)的N-3-三乙氧基硅丙基丹磺酰胺，真空干燥得到基于硅納米線的熒光化學(xué)邏輯開關(guān)。將得到的基于硅納米線的熒光化學(xué)邏輯開關(guān)分別分散于去離子水中形成懸浮液，基于硅納米線的熒光化學(xué)邏輯開關(guān)的一維納米結(jié)構(gòu)本身在分散于去離子水中進行熒光檢測中是無序分布，或是有序陣列分布。分別向懸浮液中滴加含離子的溶液，通過測量各種離子對硅納米線上N-3-三乙氧基硅丙基丹磺酰胺的熒光強度的影響，發(fā)現(xiàn)pH，Hg(II)和C1—或Br—對N-3-三乙氧基硅丙基丹磺酰胺修飾的硅納米線的熒光有特殊的響應(yīng)(圖2和圖3)。分別將pH，Hg(II)和Cl或Br—作為三個輸入，對實驗條件規(guī)定閾值，存在時為1，不存在時為0;將N-3-三乙氧基硅丙基-丹磺酰胺修飾的硅納米線的熒光作為輸出，熒光強度高于閾值時為l，低于閾值時為O，得到不同實驗條件下的光譜及真值表(表1、圖2);同時，該邏輯開關(guān)對其它金屬離子具有很好的抗干擾性。而且，可以通過加入乙二胺四乙酸二鈉鹽和調(diào)節(jié)溶液的酸度使邏輯開關(guān)恢復(fù)到初始狀態(tài)。在這一實施例當(dāng)中，也可以選用、鍺納米線、氧化鋅(ZnO)納米線、ZnS納米線、氧化鍺(Ge02)納米線、氧化鎘納米線等代替，其它條件不變，同樣最終納米線可用作三輸入的邏輯開關(guān)。在這一實施例中，硅納米線可以采用化學(xué)選擇性刻蝕方法制備。實施例2將3克Si0放置于水平管式爐的氧化鋁爐管中間，然后對氧化鋁爐管抽真空至10—2帕，然后向氧化鋁爐管中通入氬氣和氫氣的混合氣體，其中氫氣含量占混合氣體體積的8%之間。將氧化鋁爐管的氣壓穩(wěn)定在40000帕。然后將管式爐溫度升高到132(TC，并保持溫度8小時，然后管式爐自然降溫。最終在管式爐的低溫區(qū)得到硅納米線，硅納米線直徑在15-25nm，長度在lum10um。將得到的硅納米線用波長325納米連續(xù)激光照射0.5小時。在連有分水器的100mL圓底燒瓶中加入20mg氧等離子體處理過的硅納米線和40mL無水甲苯，氮氣保護下，加熱到14(TC共沸蒸餾除去水分，蒸出30mL甲苯后，降至7CTC并加入1.2Ommo1的N-3-三乙氧基硅丙基丹磺酰胺，7(TC攪拌24小時，降至室溫，用微量過濾器過濾得到表面修飾硅納米線粗產(chǎn)品。粗產(chǎn)品依次在甲苯，二氯甲烷，乙醇中進行超聲清洗，過濾，除去未反應(yīng)的N-3-三乙氧基硅丙基丹磺酰胺，真空干燥得到基于硅納米線的熒光化學(xué)邏輯開關(guān)。將得到的基于硅納米線的熒光化學(xué)邏輯開關(guān)分別分散于去離子水中形成懸浮液，基于硅納米線的熒光化學(xué)邏輯開關(guān)的一維納米結(jié)構(gòu)本身在分散于去離子水中進行熒光檢測中是無序分布，或是有序陣列分布。分別向懸浮液中滴加含離子的溶液，通過測量各種離子對硅納米線上N-3-三乙氧基硅丙基丹磺酰胺的熒光強度的影響，發(fā)現(xiàn)pH，Hg(II)和Cl—或Br對N-3-三乙氧基硅丙基丹磺酰胺修飾的硅納米線的熒光有特殊的響應(yīng)(圖2和圖3)。分別將pH，Hg(II)和Cl—或Br—作為三個輸入，對實驗條件規(guī)定閾值，存在時為1，不存在時為0;將N-3-三乙氧基硅丙基-丹磺酰胺修飾的硅納米線的熒光作為輸出，熒光強度高于閾值時為l，低于閾值時為0，得到不同實驗條件下的光譜及真值表(表1、圖2);同時，該邏輯開關(guān)對其它金屬離子具有很好的抗干擾性。而且，可以通過加入乙二胺四乙酸二鈉鹽和調(diào)節(jié)溶液的酸度使邏輯開關(guān)恢復(fù)到初始狀態(tài)。在這一實施例當(dāng)中，也可以選用、鍺納米線、氧化鋅(ZnO)納米線、ZnS納米線、氧化鍺(Ge02)納米線、氧化鎘納米線等代替，其它條件不變，同樣最終納米線可用作三輸入的邏輯開關(guān)。在這一實施例中，硅納米線可以采用化學(xué)選擇性刻蝕方法制備。實施例3將3克Si0放置于水平管式爐的氧化鋁爐管中間，然后對氧化鋁爐管抽真空至10—2帕，然后向氧化鋁爐管中通入氬氣和氫氣的混合氣體，其中氫氣含量占混合氣體體積的8%之間。將氧化鋁爐管的氣壓穩(wěn)定在40000帕。然后將管式爐溫度升高到1320°C，并保持溫度8小時，然后管式爐自然降溫。最終在管式爐的低溫區(qū)得到硅納米線，硅納米線直徑在15-25nm，長度在lrnn10咖。將得到的硅納米線用波長325納米連續(xù)激光照射處理2小時。在連有分水器的100mL圓底燒瓶中加入20mg氧等離子體處理過的硅納米線和40mL新蒸的無水甲苯，氮氣保護下，加熱到14(TC共沸蒸餾除去水分，蒸出30mL甲苯后，降至6(TC并加入1.80mmo1的N-3-三乙氧基硅丙基丹磺酰胺，6(TC攪拌12小時，降至室溫，用微量過濾器過濾得到表面修飾硅納米線粗產(chǎn)品。粗產(chǎn)品反復(fù)依次在甲苯，二氯甲烷，乙醇中進行超聲清洗，過濾，除去未反應(yīng)的N-3-三乙氧基硅丙基丹磺酰胺，真空干燥得到基于硅納米線的熒光化學(xué)邏輯開關(guān)。將得到的基于硅納米線的熒光化學(xué)邏輯開關(guān)分別分散于去離子水中形成懸浮液，基于硅納米線的熒光化學(xué)邏輯開關(guān)的一維納米結(jié)構(gòu)本身在分散于去離子水中進行熒光檢測中是無序分布，或是有序陣列分布。分別向懸浮液中滴加含離子的溶液，通過測量各種離子對硅納米線上N-3-三乙氧基硅丙基丹磺酰胺的熒光強度的影響，發(fā)現(xiàn)pH，Hg(II)和Cl—或Br—對N-3-三乙氧基硅丙基丹磺酰胺修飾的硅納米線的熒光有特殊的響應(yīng)(圖2和圖3)。分別將pH，Hg(II)和Cr或Br作為三個輸入，對實驗條件規(guī)定闊值，存在時為1，不存在時為0;將N-3-三乙氧基硅丙基-丹磺酰胺修飾的硅納米線的熒光作為輸出，熒光強度高于閾值時為l，低于閾值時為0，得到不同實驗條件下的光譜及真值表(表1、圖2);同時，該邏輯開關(guān)對其它金屬離子具有很好的抗干擾性。而且，可以通過加入乙二胺四乙酸二鈉鹽和調(diào)節(jié)溶液的酸度使邏輯開關(guān)恢復(fù)到初始狀態(tài)。在這一實施例當(dāng)中，也可以選用、鍺納米線、氧化鋅(ZnO)納米線、ZnS納米線、氧化鍺(Ge02)納米線、氧化鎘納米線等代替，其它條件不變，同樣最終納米線可用作三輸入的邏輯開關(guān)。在這一實施例中，硅納米線可以采用化學(xué)選擇性刻蝕方法制備。8實施例4將3克Si0放置于水平管式爐的氧化鋁爐管中間，然后對氧化鋁爐管抽真空至10—2帕，然后向氧化鋁爐管中通入氬氣和氫氣的混合氣體，其中氫氣含量占混合氣體體積的1%之間。將氧化鋁爐管的氣壓穩(wěn)定在50000帕。然后將管式爐溫度升高到1350°C，并保持溫度3小時，然后管式爐自然降溫。最終在管式爐的低溫區(qū)得到硅納米線，硅納米線直徑在15-25nm，長度在lum10um。硅納米線用鈣離子源轟擊處理2小時。在連有分水器的100mL圓底燒瓶中加入20mg上述處理過的硅納米線和40mL無水甲苯，氮氣保護下，加熱到14(TC共沸蒸餾除去水分，蒸出30mL甲苯后，降至90。C并加入1.4mmol的N-3-三乙氧基硅丙基丹磺酰胺，9(TC攪拌36小時，降至室溫，用微量過濾器過濾得到表面修飾硅納米線粗產(chǎn)品。粗產(chǎn)品依次在甲苯，二氯甲烷，乙醇溶劑中進行超聲清洗，過濾，除去未反應(yīng)的N-3-三乙氧基硅丙基丹磺酰胺，真空干燥得到基于硅納米線的熒光化學(xué)邏輯開關(guān)。將得到的基于硅納米線的熒光化學(xué)邏輯開關(guān)分別分散于去離子水中形成懸浮液，基于硅納米線的熒光化學(xué)邏輯開關(guān)的一維納米結(jié)構(gòu)本身在分散于去離子水中進行熒光檢測中是無序分布，或是有序陣列分布。分別向懸浮液中滴加含離子的溶液，通過測量各種離子對硅納米線上N-3-三乙氧基硅丙基丹磺酰胺的熒光強度的影響，發(fā)現(xiàn)pH，Hg(II)和C1—或Br—對N-3-三乙氧基硅丙基丹磺酰胺修飾的硅納米線的熒光有特殊的響應(yīng)(圖2和圖3)。分別將pH，Hg(II)和Cl—或Br—作為三個輸入，對實驗條件規(guī)定閾值，存在時為l，不存在時為0;將N-3-三乙氧基硅丙基-丹磺酰胺修飾的硅納米線的熒光作為輸出，熒光強度高于閾值時為l，低于閾值時為0，得到不同實驗條件下的光譜及真值表(表1、圖2);同時，該邏輯開關(guān)對其它金屬離子具有很好的抗干擾性。而且，可以通過加入乙二胺四乙酸二鈉鹽和調(diào)節(jié)溶液的酸度使邏輯開關(guān)恢復(fù)到初始狀態(tài)。在這一實施例當(dāng)中，也可以選用、鍺納米線、氧化鋅(ZnO)納米線、ZnS納米線、氧化鍺(Ge02)納米線、氧化鎘納米線等代替，其它條件不變，同樣最終納米線可用作三輸入的邏輯開關(guān)。在這一實施例中，硅納米線可以采用化學(xué)選擇性刻蝕方法制備。實施例5將3克SiO放置于水平管式爐的氧化鋁爐管中間，然后對氧化鋁爐管抽真空至10—2帕，然后向氧化鋁爐管中通入氬氣和氫氣的混合氣體，其中氫氣含量占混合氣體體積的5%之間。將氧化鋁爐管的氣壓穩(wěn)定在20000帕。然后將管式爐溫度升高到1300°C，并保持溫度6小時，然后管式爐自然降溫。最終在管式爐的低溫區(qū)得到硅納米線，硅納米線直徑在15-25nm，長度在lum10um。將得到的硅納米線放入質(zhì)量濃度為98%的濃硫酸(H2S04)和質(zhì)量濃度為30%的雙氧水(HA)的混合液中(濃}^04:})2的體積比為7:3)，9(TC煮30分鐘，冷至室溫，反復(fù)用二次蒸餾水洗至中性，放入5:1:1(體積比)的H20:H202:NH3.H20混合液中室溫3小時，反復(fù)用二次蒸餾水洗至中性，真空干燥。在連有分水器的100mL圓底燒瓶中加入20mg上述處理過的干燥硅納米線和40mL無水甲苯，氮氣保護下，加熱到14(TC共沸蒸餾除去水分，蒸出30mL甲苯后，降至9(TC并加入1.8mmo1的N-3-三乙氧基硅丙基丹磺酰胺，9(TC攪拌48小時，降至室溫，用微量過濾器過濾得到表面修飾硅納米線粗產(chǎn)品。粗產(chǎn)品反復(fù)依次在甲苯，二氯甲烷，乙醇中進行超聲清洗，過濾，除去未反應(yīng)的N-3-三乙氧基硅丙基丹磺酰胺，真空干燥得到基于硅納米線的熒光化學(xué)邏輯開關(guān)。將得到的基于硅納米線的熒光化學(xué)邏輯開關(guān)分別分散于去離子水中形成懸浮液，基于硅納米線的熒光化學(xué)邏輯開關(guān)的一維納米結(jié)構(gòu)本身在分散于去離子水中進行熒光檢測中是無序分布，或是有序陣列分布。分別向懸浮液中滴加含離子的溶液，通過測量各種離子對硅納米線上N-3-三乙氧基硅丙基丹磺酰胺的熒光強度的影響，發(fā)現(xiàn)pH，Hg(II)和Cr或Br—對N-3-三乙氧基硅丙基丹磺酰胺修飾的硅納米線的熒光有特殊的響應(yīng)(圖2和圖3)。分別將pH，Hg(II)和Cl—或Br作為三個輸入，對實驗條件規(guī)定閾值，存在時為1，不存在時為0;將N-3-三乙氧基硅丙基-丹磺酰胺修飾的硅納米線的熒光作為輸出，熒光強度高于閾值時為l，低于閾值時為0，得到不同實驗條件下的光譜及真值表(表1、圖2);同時，該邏輯開關(guān)對其它金屬離子具有很好的抗干擾性。而且，可以通過加入乙二胺四乙酸二鈉鹽和調(diào)節(jié)溶液的酸度使邏輯開關(guān)恢復(fù)到初始狀態(tài)。在這一實施例當(dāng)中，也可以選用、鍺納米線、氧化鋅(ZnO)納米線、ZnS納米線、氧化鍺(Ge02)納米線、氧化鎘納米線等代替，其它條件不變，同樣最終納米線可用作三輸入的邏輯開關(guān)。在這一實施例中，硅納米線可以采用化學(xué)選擇性刻蝕方法制備。實施例6將3克Si0放置于水平管式爐的氧化鋁爐管中間，然后對氧化鋁爐管抽真空至10—2帕，然后向氧化鋁爐管中通入氬氣和氫氣的混合氣體，其中氫氣含量占混合氣體體積的10%之間。將氧化鋁爐管的氣壓穩(wěn)定在10000帕。然后將管式爐溫度升高到1300°C，并保持溫度8小時，然后管式爐自然降溫。最終在管式爐的低溫區(qū)得到硅納米線，硅納米線直徑在15-25皿，長度在lum10um。將得到的硅納米線放入質(zhì)量濃度為98%的濃硫酸(H2S04)和質(zhì)量濃度為30%的雙氧水(HA)的混合液中(濃H2S04:HA的摩爾比為7:3)，90。C煮45分鐘，冷至室溫，反復(fù)用二次蒸餾水洗至中性，放入3:1:1(體積比)的H20:H202:NH3.H20混合液中室溫3小時，反復(fù)用二次蒸餾水洗至中性，真空干燥。在連有分水器的100mL圓底燒瓶中加入20mg上述處理過的干燥硅納米線和40mL新蒸的無水甲苯，氮氣保護下，加熱到14(TC共沸蒸餾除去水分，蒸出30mL甲苯后，降至9CTC并加入1.8mmo1的N-3-三乙氧基硅丙基丹磺酰胺，9(TC攪拌48小時，降至室溫，用微量過濾器過濾得到表面修飾硅納米線粗產(chǎn)品。粗產(chǎn)品反復(fù)依次在甲苯，二氯甲烷，乙醇中進行超聲清洗，過濾，除去未反應(yīng)的N-3-三乙氧基硅丙基丹磺酰胺，真空干燥得到基于硅納米線的熒光化學(xué)邏輯開關(guān)。將得到的基于硅納米線的熒光化學(xué)邏輯開關(guān)分別分散于去離子水中形成懸浮液，基于硅納米線的熒光化學(xué)邏輯開關(guān)的一維納米結(jié)構(gòu)本身在分散于去離子水中進行熒光檢測中是無序分布，或是有序陣列分布。分別向懸浮液中滴加含離子的溶液，通過測量各種離子對硅納米線上N-3-三乙氧基硅丙基丹磺酰胺的熒光強度的影響，發(fā)現(xiàn)pH，Hg(II)和Cr或Br—對N-3-三乙氧基硅丙基丹磺酰胺修飾的硅納米線的熒光有特殊的響應(yīng)(圖2和圖3)。分別將pH，Hg(II)和Cl或Br—作為三個輸入，對實驗條件規(guī)定閾值，存在時為1，不存在時為0;將N-3-三乙氧基硅丙基-丹磺酰胺修飾的硅納米線的熒光作為輸出，熒光強度高于閾值時為l，低于閾值時為0，得到不同實驗條件下的光譜及真值表(表1、圖2);同時，該邏輯開關(guān)對其它金屬離子具有很好的抗干擾性。而且，可以通過加入乙二胺四乙酸二鈉鹽和調(diào)節(jié)溶液的酸度使邏輯開關(guān)恢復(fù)到初始狀態(tài)。在這一實施例當(dāng)中，也可以選用、鍺納米線、氧化鋅(ZnO)納米線、ZnS納米線、氧化鍺(Ge02)納米線、氧化鎘納米線等代替，其它條件不變，同樣最終納米線可用作三輸入的邏輯開關(guān)。在這一實施例中，硅納米線可以采用化學(xué)選擇性刻蝕方法制備。實施例7將3克SiO放置于水平管式爐的氧化鋁爐管中間，然后對氧化鋁爐管抽真空至10—2帕，然后向氧化鋁爐管中通入氬氣和氫氣的混合氣體，其中氫氣含量占混合氣體體積的10%之間。將氧化鋁爐管的氣壓穩(wěn)定在10000帕。然后將管式爐溫度升高到130(TC，并保持溫度8小時，然后管式爐自然降溫。最終在管式爐的低溫區(qū)得到硅納米線，硅納米線直徑在15-25nm，長度在lum10咖。將得到的硅納米線放入質(zhì)量濃度為98%的濃硫酸(H2S04)和質(zhì)量濃度為30%的雙氧水(H202)的混合液中(濃H2S04:HA的摩爾比為7:3)，90。C煮45分鐘，冷至室溫，反復(fù)用二次蒸餾水洗至中性，放入3:0.2:1(體積比)的H20:H202:NH3.H20混合液中室溫3小時，反復(fù)用二次蒸餾水洗至中性，真空干燥。在連有分水器的100mL圓底燒瓶中加入20mg上述處理過的干燥硅納米線和40mL無水甲苯，氮氣保護下，加熱到14(TC共沸蒸餾除去水分，蒸出30mL甲苯后，降至90。C并加入1.8mmo1的N-3-三乙氧基硅丙基丹磺酰胺，9(TC攪拌48小時，降至室溫，用微量過濾器過濾得到表面修飾硅納米線粗產(chǎn)品。粗產(chǎn)品反復(fù)依次在甲苯，二氯甲烷，乙醇中進行超聲清洗，過濾，除去未反應(yīng)的N-3-三乙氧基硅丙基丹磺酰胺，真空干燥得到基于硅納米線的熒光化學(xué)邏輯開關(guān)。將得到的基于硅納米線的熒光化學(xué)邏輯開關(guān)分別分散于去離子水中形成懸浮液，基于硅納米線的熒光化學(xué)邏輯開關(guān)的一維納米結(jié)構(gòu)本身在分散于去離子水中進行熒光檢測中是無序分布，或是有序陣列分布。分別向懸浮液中滴加含離子的溶液，通過測量各種離子對硅納米線上N-3-三乙氧基硅丙基丹磺酰胺的熒光強度的影響，發(fā)現(xiàn)pH，Hg(II)和Cl—或Br—對N-3-三乙氧基硅丙基丹磺酰胺修飾的硅納米線的熒光有特殊的響應(yīng)(圖2和圖3)。分別將pH,Hg(II)和Cr或Br—作為三個輸入，對實驗條件規(guī)定閾值，存在時為1，不存在時為0;將N-3-三乙氧基硅丙基-丹磺酰胺修飾的硅納米線的熒光作為輸出，熒光強度高于閾值時為l，低于閾值時為O,得到不同實驗條件下的光譜及真值表(表1、圖2);同時，該邏輯開關(guān)對其它金屬離子具有很好的抗干擾性。而且，可以通過加入乙二胺四乙酸二鈉鹽和調(diào)節(jié)溶液的酸度使邏輯開關(guān)恢復(fù)到初始狀態(tài)。在這一實施例當(dāng)中，也可以選用、鍺納米線、氧化鋅(ZnO)納米線、ZnS12納米線、氧化鍺(Ge02)納米tl、氧化鎘納米線等代替，其它條件不變，同樣最終納米線可用作三輸入的邏輯開關(guān)。在這一實施例中，硅納米線可以采用化學(xué)選擇性刻蝕方法制備。實施例8將3克Si0放置于水平管式爐的氧化鋁爐管中間，然后對氧化鋁爐管抽真空至10—2帕，然后向氧化鋁爐管中通入氬氣和氫氣的混合氣體，其中氫氣含量占混合氣體體積的10%之間。將氧化鋁爐管的氣壓穩(wěn)定在10000帕。然后將管式爐溫度升高到130(TC，并保持溫度8小時，然后管式爐自然降溫。最終在管式爐的低溫區(qū)得到硅納米線，硅納米線直徑在15-25nm，長度在lum10um。將得到的硅納米線放入質(zhì)量濃度為980%的濃硫酸(H2S04)和質(zhì)量濃度為30%的雙氧水(H202)的混合液中(濃H2S04:H202的摩爾比為7:3)，80。C煮60分鐘，冷至室溫，反復(fù)用二次蒸餾水洗至中性，放入5:0.2:1(體積比)的H20:H202:NH3.H20混合液中室溫1小時，反復(fù)用二次蒸餾水洗至中性，真空干燥。在連有分水器的100mL圓底燒瓶中加入20mg上述處理過的干燥硅納米線和40mL無水甲苯，氮氣保護下，加熱到14(TC共沸蒸餾除去水分，蒸出30mL甲苯后，降至8(TC并加入1.8鵬o1的N-3-三乙氧基硅丙基丹磺酰胺，8CTC攪拌36小時，降至室溫，用微量過濾器過濾得到表面修飾硅納米線粗產(chǎn)品。粗產(chǎn)品反復(fù)依次在甲苯，二氯甲垸，乙醇中進行超聲清洗，過濾，除去未反應(yīng)的N-3-三乙氧基硅丙基丹磺酰胺，真空干燥得到基于硅納米線的熒光化學(xué)邏輯開關(guān)。將得到的基于硅納米線的熒光化學(xué)邏輯開關(guān)分別分散于去離子水中形成懸浮液，基于硅納米線的熒光化學(xué)邏輯開關(guān)的一維納米結(jié)構(gòu)本身在分散于去離子水中進行熒光檢測中是無序分布，或是有序陣列分布。分別向懸浮液中滴加含離子的溶液，通過測量各種離子對硅納米線上N-3-三乙氧基硅丙基丹磺酰胺的熒光強度的影響，發(fā)現(xiàn)pH，Hg(II)和Cl—或Br—對N-3-三乙氧基硅丙基丹磺酰胺修飾的硅納米線的熒光有特殊的響應(yīng)(圖2和圖3)。分別將pH，Hg(II)和C1—或Br—作為三個輸入，對實驗條件規(guī)定閾值，存在時為1，不存在時為0;將N-3-三乙氧基硅丙基-丹磺酰胺修飾的硅納米線的熒光作為輸出，熒光強度高于閾值時為l，低于閾值時為0，得到不同實驗條件下的光譜及真值表(表1、圖2);同時，該邏輯開關(guān)對其它金屬離子具有很好的抗干擾性。而且，可以通過加入乙二胺四乙酸二鈉鹽和調(diào)節(jié)溶液的酸度使邏輯開關(guān)恢復(fù)到初始狀態(tài)。在這一實施例當(dāng)中，也可以選用、鍺納米線、氧化鋅(Zn0)納米線、ZnS納米線、氧化鍺(Ge02)納米線、氧化鎘納米線等代替，其它條件不變，同樣最終納米線可用作三輸入的邏輯開關(guān)。在這一實施例中，硅納米線可以采用化學(xué)選擇性刻蝕方法制備。實施例9將3克Si0放置于水平管式爐的氧化鋁爐管中間，然后對氧化鋁爐管抽真空至10—2帕，然后向氧化鋁爐管中通入氬氣和氫氣的混合氣體，其中氫氣含量占混合氣體體積的10%之間。將氧化鋁爐管的氣壓穩(wěn)定在10000帕。然后將管式爐溫度升高到1300°C，并保持溫度8小時，然后管式爐自然降溫。最終在管式爐的低溫區(qū)得到硅納米線，硅納米線直徑在15-25nm，長度在lum10um。將得到的硅納米線放入質(zhì)量濃度為98%的濃硫酸(H2S04)和質(zhì)量濃度為30%的雙氧水(HA)的混合液中(濃H2S04:H202的摩爾比為7:3)，60。C煮45分鐘，冷至室溫，反復(fù)用二次蒸餾水洗至中性，放入5:1:1(體積比)的H20:HA:NH3.H20混合液中室溫13小時，反復(fù)用二次蒸餾水洗至中性，真空干燥。在連有分水器的100mL圓底燒瓶中加入20mg上述處理過的干燥硅納米線和40mL無水甲苯，氮氣保護下，加熱到140。C共沸蒸餾除去水分，蒸出30mL甲苯后，降至9(TC并加入1.2mmol的N-3-三乙氧基硅丙基丹磺酰胺，9CTC攪拌24小時，降至室溫，用微量過濾器過濾得到表面修飾硅納米線粗產(chǎn)品。粗產(chǎn)品反復(fù)依次在甲苯，二氯甲垸，乙醇中進行超聲清洗，過濾，除去未反應(yīng)的N-3-三乙氧基硅丙基丹磺酰胺，真空干燥得到基于硅納米線的熒光化學(xué)邏輯開關(guān)。將得到的基于硅納米線的熒光化學(xué)邏輯開關(guān)分別分散于去離子水中形成懸浮液，基于硅納米線的熒光化學(xué)邏輯開關(guān)的一維納米結(jié)構(gòu)本身在分散于去離子水中進行熒光檢測中是無序分布，或是有序陣列分布。分別向懸浮液中滴加含離子的溶液，通過測量各種離子對硅納米線上N-3-三乙氧基硅丙基丹磺酰胺的熒光強度的影響，發(fā)現(xiàn)pH，Hg(II)和Cl—或Br對N-3-三乙氧基硅丙基丹磺酰胺修飾的硅納米線的熒光有特殊的響應(yīng)(圖2和圖3)。分別將pH，Hg(II)和Cr或Br—作為三個輸入，對實驗條件規(guī)定閾值，存在時為1，不存在時為0;將N-3-三乙氧基硅丙基-丹磺酰胺修飾的硅納米線的熒光作為輸出，熒光強度高于閾值時為l，低于閾值時為0，得到不同實驗條件下的光譜及真值表(表1、圖2);同時，該邏輯開關(guān)對其它金屬離子具有很好的抗干擾性。而且，可以通過加入乙二胺四乙酸二鈉鹽和調(diào)節(jié)溶液的酸度使邏輯開關(guān)恢復(fù)到初始狀態(tài)。在這一實施例當(dāng)中，也可以選用、鍺納米線、氧化鋅(Zn0)納米線、ZnS納米線、氧化鍺(Ge02)納米線、氧化鎘納米線等代替，其它條件不變，同樣最終納米線可用作三輸入的邏輯開關(guān)。在這一實施例中，硅納米線可以采用化學(xué)選擇性刻蝕方法制備。表1.上述實施例19中丹磺酰胺修飾硅納米線邏輯開關(guān)的三輸入真值表<table>tableseeoriginaldocumentpage15</column></row><table>權(quán)利要求1.一種基于硅納米線的熒光化學(xué)邏輯開關(guān)的制備方法，其特征是，該方法包括以下步驟1)硅納米線的表面處理將硅納米線在溫度為90-150℃的氧等離子體中處理1-3小時；或用波長為325納米的連續(xù)激光對硅納米線照射0.5-2小時；或用鈣離子源轟擊硅納米線0.5-2小時；或用化學(xué)方法進行表面活化，將硅納米線放入濃硫酸和雙氧水的混合液中，在溫度為60-90℃下煮10-60分鐘，冷至室溫，用蒸餾水洗至中性，然后放入H2O∶H2O2∶NH3.H2O的體積比為3-5∶0.2-1∶1的混合液中1-3小時，取出，用蒸餾水洗至中性，真空干燥；2)硅納米線的表面修飾在連有分水器的容器中加入20mg步驟1)得到的表面處理過的硅納米線和40mL無水甲苯，惰性氣體保護下，加熱到140℃共沸蒸餾除去水分，蒸出30mL甲苯后，降溫至60-90℃并加入0.6mmol-1.8mmol的N-3-三乙氧基硅丙基丹磺酰胺，在溫度為60-90℃下攪拌12-48小時，降至室溫，用過濾器過濾得到表面修飾的硅納米線粗產(chǎn)品；粗產(chǎn)品在有機溶劑中進行超聲清洗，過濾，除去未反應(yīng)的N-3-三乙氧基硅丙基丹磺酰胺，真空干燥得到基于硅納米線的熒光化學(xué)邏輯開關(guān)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征是所述的硅納米線直徑在1525nm，長度在lum10um。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征是所述的濃硫酸和雙氧水的混合液中，濃硫酸雙氧水的摩爾比為7:3。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征是所述的粗產(chǎn)品在有機溶劑中進行超聲清洗是依次在甲苯，二氯甲烷，乙醇中進行超聲清洗。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征是步驟2)所述的無水甲苯是新蒸的無水甲苯。6.—種由權(quán)利要求15任一項方法得到的基于硅納米線的熒光化學(xué)邏輯開關(guān)。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于硅納米線的熒光化學(xué)邏輯開關(guān)，其特征是基于硅納米線的熒光化學(xué)邏輯開關(guān)的一維納米結(jié)構(gòu)本身在分散于去離子水中進行熒光檢測中是無序分布，或是有序陣列分布。全文摘要本發(fā)明屬于一維納米結(jié)構(gòu)的熒光化學(xué)邏輯開關(guān)領(lǐng)域，特別涉及基于硅納米線的熒光化學(xué)邏輯開關(guān)及其制備方法。本發(fā)明的方法是將由氣相沉積法制備得到的硅納米線進行表面處理，其表面處理是表面等離子體處理、激光照射、離子表面轟擊或用化學(xué)方法進行表面活化；然后在對表面處理過的干燥的硅納米線的表面進行修飾，在其表面共價修飾有邏輯開關(guān)功能的丹磺酰胺，得到基于硅納米線的熒光化學(xué)邏輯開關(guān)。本發(fā)明的基于硅納米線的熒光化學(xué)邏輯開關(guān)可用于制備體積更小、集成化程度更高的光化學(xué)邏輯器件。文檔編號C01B33/00GK101671020SQ200810239879公開日2010年3月17日申請日期2008年12月22日優(yōu)先權(quán)日2008年12月22日發(fā)明者師文生,穆麗璇申請人:中國科學(xué)院理化技術(shù)研究所