專利名稱：一種人造納米管的制備方法及其做為納米馬達(dá)的應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及納米管的制備方法及其應(yīng)用。
技術(shù)背景
人造的納米尺度的馬達(dá)是近年來(lái)納米科學(xué)的熱點(diǎn)領(lǐng)域，微納米馬達(dá)是通過(guò)催化過(guò)氧化氫產(chǎn)生氧氣，利用氣泡推動(dòng)自身前行，從而可在含有過(guò)氧化氫的溶液中游動(dòng)的微納米裝置?，F(xiàn)有的納米馬達(dá)的合成方法有電化學(xué)沉積法，粒子束噴射法。但是電化學(xué)沉積法合成的微納米管成本昂貴，難以合成尺度極小的馬達(dá)，且一次合成數(shù)量較小；粒子束噴射法操作要求難度大，且只能制備球狀馬達(dá)，不能制備管狀馬達(dá)。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是要解決現(xiàn)有的電化學(xué)沉積法合成微納米馬達(dá)的方法成本高且一次合成數(shù)量較小、粒子束噴射法操作要求難度大的技術(shù)問(wèn)題，而提供一種人造納米管的制備方法及其做為納米馬達(dá)的應(yīng)用。
本發(fā)明的一種人造納米管的制備方法按以下步驟進(jìn)行
一、制備金屬催化粒子；
二、以多孔氧化鋁片、聚碳酸酯(PC)或多孔硅片為模板，將聚電解質(zhì)層層組裝至模板的孔中，得到納米管的骨架；
三、將步驟一制備的金屬催化粒子組裝到步驟二得到的納米管的骨架上；
四、將經(jīng)步驟三處理后的模板用模板溶劑將模板溶解去除，得到人造納米管。
上述的人造納米管做為納米馬達(dá)的應(yīng)用，是將人造納米管放入過(guò)氧化氫溶液中， 得到人造管狀納米馬達(dá)。
本發(fā)明利用具有催化過(guò)氧化氫分解氧氣的鉬或銀納米粒子、制備納米管的的模板，制備納米管的人工或天然聚電解質(zhì)為基本材料，利用層層組裝方法，將聚電解質(zhì)納米管與具有催化性能的金屬粒子結(jié)合制備出人造納米管，將人造納米管放置入過(guò)氧化氫溶液中，人造納米管通過(guò)其內(nèi)部的催化粒子分解過(guò)氧化氫產(chǎn)生氧氣，利用氧氣氣泡作為馬達(dá)的推動(dòng)力，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)游動(dòng)，游動(dòng)方式可為直線或曲線方式游動(dòng)。本發(fā)明的人造納米管的結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示，其中1為骨架，2為金屬催化粒子。該制備方法操作簡(jiǎn)單，尺寸可控，成本低廉，而且一次合成數(shù)量多等優(yōu)點(diǎn)。本發(fā)明的人造管狀納米馬達(dá)游動(dòng)的原理圖如圖2所示， 其中的▲表示過(guò)氧化氫，◎表示氣泡。在含有過(guò)氧化氫的溶液中，該馬達(dá)中的金屬粒子催化過(guò)氧化氫產(chǎn)生氧氣作為動(dòng)力，使納米管向前游動(dòng)，達(dá)到納米管在含有過(guò)氧化氫的溶液中游動(dòng)的目的。
本發(fā)明的制備的人造管狀納米馬達(dá)在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用前景。


圖1是本發(fā)明的人造管狀納米馬達(dá)的結(jié)構(gòu)示意圖，其中1為骨架，2為金屬催化粒子；
圖2是本發(fā)明的人造管狀納米馬達(dá)游動(dòng)的原理圖，其中的▲表示過(guò)氧化氫，◎表示氣泡；
圖3是試驗(yàn)一制備的人造納米管的掃描電鏡照片；
圖4是試驗(yàn)一制備的人造納米管的透射電鏡照片；
圖5是試驗(yàn)一的人造管狀納米馬達(dá)做直線運(yùn)動(dòng)的的光學(xué)顯微鏡照片；
圖6是試驗(yàn)一的人造管狀納米馬達(dá)做曲線運(yùn)動(dòng)的的光學(xué)顯微鏡照片。
具體實(shí)施方式
具體實(shí)施方式
一本實(shí)施方式的人造納米管的制備方法按以下步驟進(jìn)行
一、制備金屬催化粒子；
二、以多孔氧化鋁片、聚碳酸酯(PC)或多孔硅片為模板，將聚電解質(zhì)層層組裝至模板的孔中，得到納米管的骨架；
三、將步驟一制備的金屬催化粒子組裝到步驟二得到的納米管的骨架上；
四、將經(jīng)步驟三處理后的模板用模板溶劑將模板溶解去除，得到人造納米管。
本實(shí)施方式利用具有催化過(guò)氧化氫分解氧氣的鉬或銀納米粒子、制備納米管的模板，制備納米管的人工或天然聚電解質(zhì)為基本材料，利用層層組裝方法，將聚電解質(zhì)納米管與具有催化性能的金屬粒子結(jié)合制備出人造納米管，將人造納米管放置入過(guò)氧化氫溶液中，人造納米管通過(guò)其內(nèi)部的催化粒子分解過(guò)氧化氫產(chǎn)生氧氣，利用氧氣氣泡作為馬達(dá)的推動(dòng)力，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)游動(dòng)，游動(dòng)方式可為直線或曲線方式游動(dòng)。該方法操作簡(jiǎn)單，尺寸可控，成本低廉，而且一次合成數(shù)量多，該馬達(dá)通過(guò)催化過(guò)氧化氫產(chǎn)生氧氣作為動(dòng)力，給予納米管動(dòng)力，從而達(dá)到使納米管在含有過(guò)氧化氫的溶液中游動(dòng)的目的。
具體實(shí)施方式
二 本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一不同的是步驟一中的金屬催化粒子為粒徑為3nm IOOnm鉬粒子、粒徑為3nm IOOnm銀粒子、或者以鉬或銀粒子為核心包覆檸檬酸或聚二甲基二烯丙基氯化銨的粒徑為3nm IOOnm的微粒。其它與具體實(shí)施方式
一相同。
具體實(shí)施方式
三本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一與二之一不同的是多孔氧化鋁片的孔徑為200 400nm。其它與具體實(shí)施方式
一與二之一相同。
本實(shí)施方式的多孔氧化鋁片為市售產(chǎn)品。
具體實(shí)施方式
四本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一至三之一不同的是聚碳酸酯 (PC)膜的孔徑為200nm Ιμπι。其它與具體實(shí)施方式
一至三之一相同。
本實(shí)施方式的聚碳酸酯(PC)膜為市售產(chǎn)品。
具體實(shí)施方式
五本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一至四之一不同的是多孔硅片的孔徑為2μπι 5μπι。其它與具體實(shí)施方式
一至四之一相同。
本實(shí)施方式的多孔硅片是利用掩膜為模板，利用光刻蝕制備而成的。
具體實(shí)施方式
六本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一至五之一不同的是聚電解質(zhì)為聚 (4-苯乙烯磺酸)銨鹽、殼聚糖或海藻酸鈉。其它與具體實(shí)施方式
一至五之一相同。
具體實(shí)施方式
七本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一至六之一不同的是本實(shí)施方式的人造納米管的制備方法按以下步驟進(jìn)行
一、先將200 500mL濃度為0. 2 60mmol/L的氯鉬酸煮沸，再加入10 IOOmL 濃度為0. 05% 3%的檸檬酸鈉，繼續(xù)煮沸10 90min，然后冷卻至室溫，用離子交換層析脫鹽，得到鉬納米粒子；
二、組裝納米管的骨架a、將模板依次用去離子水、甲苯、丙酮和乙醇清洗，再用氮?dú)獯蹈?，得到潔凈的模板；b、將模板先投入到濃度為0. 1 5mg/mL的聚烯丙基胺鹽酸鹽 (PAH)中浸泡5小時(shí)，取出后用去離子水清洗干凈；接著將模板再投入到濃度為0. 1 5mg/ mL的聚(4-苯乙烯磺酸)銨鹽溶液中浸泡5小時(shí)，取出用去離子水清洗干凈，完成一次組裝；C、重復(fù)步驟b的組裝2 10次，得到了組裝在模板上的納米管的骨架；
三、鉬納米粒子的組裝d、以超純水為溶劑，將步驟一得到的鉬納米粒子配制成濃度為1 20mg/mL的溶液，得到鉬粒子溶液；e、將經(jīng)步驟二得到的組裝了納米管的骨架的模板投入到濃度為0. 1 5mg/mL的聚烯丙基胺鹽酸鹽中浸泡5小時(shí)，取出后用去離子水清洗干凈；然后再投入到步驟d制備的鉬溶液中浸泡2 4小時(shí)，再用去離子水清洗；f、重復(fù)步驟e的操作3 5次，完成了鉬納米粒子的組裝；
四、將經(jīng)步驟三處理的模板浸入模板溶劑中去除模板，得到人造納米管。
本實(shí)施方式的方法以檸檬酸包覆的鉬納米粒子催化劑粒子，以聚電解質(zhì)為基本材料制備納米管。利用層層組裝方法，將聚電解質(zhì)納米管與具有催化性能的金屬粒子結(jié)合制備出人造納米管。該制備方法操作簡(jiǎn)單，尺寸可控，成本低廉，而且一次合成數(shù)量多。在含有過(guò)氧化氫的溶液中，該人造納米管中的檸檬酸包覆的鉬納米粒子催化過(guò)氧化氫產(chǎn)生氧氣作為動(dòng)力，使人造納米管向前游動(dòng)，達(dá)到納米管在含有過(guò)氧化氫的溶液中游動(dòng)的目的。
具體實(shí)施方式
八本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
七不同的是步驟二中的模板為多孔氧化鋁片時(shí)，步驟四中的模板溶劑為磷酸或氫氧化鈉溶液。其它與具體實(shí)施方式
八相同。
具體實(shí)施方式
九本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
七不同的是步驟二中的模板為聚碳酸酯時(shí)，步驟四中的模板溶劑為二氯甲烷。其它與具體實(shí)施方式
八相同。
具體實(shí)施方式
十具體實(shí)施方式
一至十之一制備的人造納米管做為納米馬達(dá)的應(yīng)用，是將人造納米管放入過(guò)氧化氫溶液中使用。
將人造納米管放置入過(guò)氧化氫溶液中，納米管通過(guò)其內(nèi)部的催化粒子分解過(guò)氧化氫產(chǎn)生氧氣，利用氧氣氣泡作為馬達(dá)的推動(dòng)力，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)游動(dòng)，游動(dòng)方式可為直線或曲線方式游動(dòng)。
具體實(shí)施方式
十一本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
十不同的是過(guò)氧化氫溶液的質(zhì)量濃度為10% 30%。其它與具體實(shí)施方式
八相同。
本發(fā)明用以下試驗(yàn)驗(yàn)證本發(fā)明的有益效果
試驗(yàn)一本試驗(yàn)一的人造納米管的制備方法按以下步驟進(jìn)行
一、先將300mL濃度為50mmol/L的氯鉬酸煮沸，再加入60mL濃度為1 %的檸檬酸鈉，繼續(xù)煮沸30min，然后冷卻至室溫，用離子交換層析脫鹽，得到鉬納米粒子；
二、組裝納米管的骨架a、將多孔氧化鋁片依次用去離子水、甲苯、丙酮和乙醇清洗，再用氮?dú)獯蹈?，得到潔凈的多孔氧化鋁片；b、將多孔氧化鋁片先投入到濃度為ang/mL 的聚烯丙基胺鹽酸鹽(PAH)中浸泡5小時(shí)，取出后用去離子水清洗干凈；接著將模板再投入到濃度為2mg/mL的聚苯乙烯磺酸)銨鹽溶液中浸泡5小時(shí)，取出用去離子水清洗干凈，完成一次組裝；c、重復(fù)步驟b的組裝10次，得到了組裝在多孔氧化鋁片上的納米管的骨架；
三、鉬納米粒子的組裝d、以超純水為溶劑，將步驟一得到的鉬納米粒子配制成濃度為15mg/mL的溶液，得到鉬溶液；e、將經(jīng)步驟二得到的組裝了納米管的骨架的多孔氧化鋁片投入到濃度為ang/mL的聚烯丙基胺鹽酸鹽(PAH)中浸泡5小時(shí)，取出后用去離子水清洗干凈；然后再投入到步驟d制備的鉬溶液中浸泡3小時(shí)，再用去離子水清洗；f、重復(fù)步驟 e的操作5次，完成了鉬納米粒子的組裝；
四、將經(jīng)步驟三處理的多孔氧化鋁片浸入濃度為15%的氫氧化鈉溶液中去除模板，得到人造納米管。
本試驗(yàn)一得到的人造納米管的掃描電鏡照片如圖3所示，
從圖3可以看出，人造納米管的直徑為250 400nm，人造納米管的內(nèi)部布滿了鉬粒子微粒，通過(guò)這些鉬粒子微粒催化過(guò)氧化氫生成氧氣來(lái)為人造管狀納米馬達(dá)提供前進(jìn)的動(dòng)力。
本試驗(yàn)一得到的人造納米管的透射電鏡照片如圖4所示，從圖4中可以看出，人造納米管結(jié)構(gòu)緊密，結(jié)實(shí)牢固。
將本試驗(yàn)一得到的人造納米管放在質(zhì)量濃度為30 %的過(guò)氧化氫溶液中，得到人造管狀納米馬達(dá)。
本試驗(yàn)一得到的人造管狀納米馬達(dá)作直線運(yùn)動(dòng)的光學(xué)顯微鏡照片如圖5所示，人造管狀納米馬達(dá)作曲線運(yùn)動(dòng)的軌跡的光學(xué)顯微鏡照片如圖6所示。
權(quán)利要求
1.一種人造納米管的制備方法，其特征在于人造納米管的制備方法按以下步驟進(jìn)行一、制備金屬催化粒子；二、以多孔氧化鋁片、聚碳酸酯(PC)或多孔硅片為模板，將聚電解質(zhì)層層組裝至模板的孔中，得到納米管的骨架；三、將步驟一制備的金屬催化粒子組裝到步驟二得到的納米管的骨架上；四、將經(jīng)步驟三處理后的模板用模板溶劑將模板溶解去除，得到人造納米管。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種人造納米管的制備方法，其特征在于步驟二中聚碳酸酯膜的孔徑為200nm 1 μ m。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種人造納米管的制備方法，其特征在于步驟二中多孔硅片上孔的直徑為2 μ m 5 μ m。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種人造納米管的制備方法，其特征在于步驟二中聚電解質(zhì)為聚(4-苯乙烯磺酸)銨鹽、殼聚糖或海藻酸鈉。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種人造納米管的制備方法，其特征在于步驟二中的模板為多孔氧化鋁片時(shí)，步驟四中的模板溶劑為磷酸或氫氧化鈉溶液；其中步驟二中的模板為聚碳酸酯時(shí)，步驟四中的模板溶劑為二氯甲烷。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種人造納米管的制備方法，其特征在于人造納米管的制備方法按以下步驟進(jìn)行一、先將200 500mL濃度為0.2 60mmol/L的氯鉬酸煮沸，再加入10 IOOmL濃度為0. 05 % 3 %的檸檬酸鈉，繼續(xù)煮沸10 90min，然后冷卻至室溫，用離子交換層析脫鹽， 得到鉬納米粒子；二、組裝人造納米管的骨架a、將模板依次用去離子水、甲苯、丙酮和乙醇清洗，再用氮?dú)獯蹈?，得到潔凈的模板；b、將模板先投入到濃度為0. 1 5mg/mL的聚烯丙基胺鹽酸鹽 (PAH)中浸泡5小時(shí)，取出后用去離子水清洗干凈；接著將模板再投入到濃度為0. 1 5mg/ mL的聚(4-苯乙烯磺酸)銨鹽溶液中浸泡5小時(shí)，取出用去離子水清洗干凈，完成一次組裝；C、重復(fù)步驟b的組裝2 10次，得到了組裝在模板上的人造納米管的骨架；三、鉬納米粒子的組裝d、以超純水為溶劑，將步驟一得到的鉬納米粒子配制成濃度為 1 20mg/mL的溶液，得到鉬粒子溶液；e、將經(jīng)步驟二得到的組裝了人造納米管的骨架的模板投入到濃度為0. 1 5mg/mL的聚烯丙基胺鹽酸鹽中浸泡5小時(shí)，取出后用去離子水清洗干凈；然后再投入到步驟d制備的鉬溶液中浸泡2 4小時(shí)，再用去離子水清洗；f、重復(fù)步驟e的操作3 5次，完成了鉬納米粒子的組裝；四、將經(jīng)步驟三處理的模板浸入模板溶劑中去除模板，得到人造納米管。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種人造納米管的制備方法，其特征在于步驟二中的模板為多孔氧化鋁片時(shí)，步驟四中的模板溶劑為磷酸或氫氧化鈉溶液；其中步驟二中的模板為聚碳酸酯時(shí)，步驟四中的模板溶劑為二氯甲烷。
8.如權(quán)利要求1、2、3、4、5、6或7所述的人造納米管做為納米馬達(dá)的應(yīng)用，其特征在于將人造納米管放入過(guò)氧化氫溶液中使用。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的人造納米管做為納米馬達(dá)的應(yīng)用，其特征在于過(guò)氧化氫溶液的質(zhì)量濃度為10% 30%。
全文摘要
一種人造納米管的制備方法及其做為納米馬達(dá)的應(yīng)用，本發(fā)明涉及人造納米管的制備方法及其應(yīng)用。本發(fā)明是要解決現(xiàn)有的電化學(xué)沉積法合成微納米馬達(dá)的方法成本高且一次合成數(shù)量較小、粒子束噴射法操作要求難度大的技術(shù)問(wèn)題。本方法一、制備金屬催化粒子；二、將聚電解質(zhì)層層組裝至模板的孔中；三、組裝金屬催化粒子；四、去除模板，得到人造納米管。人造納米管做為納米馬達(dá)的應(yīng)用，是將人造納米管放入過(guò)氧化氫溶液中，其通過(guò)催化過(guò)氧化氫產(chǎn)生氧氣，利用氣泡作為推動(dòng)力，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)馬達(dá)游動(dòng)作用。本發(fā)明操作簡(jiǎn)單，尺寸可控，成本低廉，而且一次合成數(shù)量多。本發(fā)明的人造納米管可作為納米馬達(dá)用于醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中。
文檔編號(hào)B82B1/00GK102530853SQ20121000697
公開(kāi)日2012年7月4日 申請(qǐng)日期2012年1月11日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月11日
發(fā)明者吳志光, 和文平, 賀強(qiáng) 申請(qǐng)人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)