[发明专利]含纳米颗粒的纤维和生产纳米颗粒的方法

说明书

发明领域

本发明一般地涉及纳米颗粒。更具体地，本发明涉及由光致发光的硅组合物生产的纳米颗粒以及由该硅组合物生产纳米颗粒的方法。

相关现有技术的说明

纳米颗粒和纳米颗粒的制备方法是纳米技术领域的技术人员已知的且在各种应用中具有巨大的潜力，其中包括光学、电子和生物医学应用。纳米颗粒是至少一个尺寸小于100纳米的颗粒且由本体材料(它最初大于纳米颗粒)或者由比纳米颗粒小的颗粒例如离子和/或原子生产。纳米颗粒的尤其独特之处在于它们具有显著不同于用于生产纳米颗粒的本体材料或较小颗粒的性能。例如，充当绝缘体或半导体的本体材料如果为纳米颗粒形式的话，则可导电。

采用本体材料为起始生产纳米颗粒的一种方法受到关注。在这一方法中，将本体材料置于研磨机，例如球磨机、行星式球磨机、粉碎机等内，从而降低本体材料为纳米颗粒和其他较大的颗粒。可借助空气分级，分离纳米颗粒与其他较大的颗粒。然而，目前在研磨应用中使用的已有的研磨机典型地特别不适合于形成纳米颗粒。例如，研磨机可从外部来源引入污染物以及从研磨机的磨蚀中引入污染物。污染物可能对纳米颗粒的性能具有负面影响且使得纳米颗粒难以与其他较大颗粒分离。

还使用脉冲激光器，通过激光烧蚀生产纳米颗粒。在激光烧蚀中，将本体金属置于含水和/或有机溶剂内，并将本体金属暴露于脉冲激光器(例如，铜蒸汽或钕掺杂的钇铝石榴石)下。通过激光辐照，从本体金属中烧蚀纳米颗粒，随后在含水和/或有机溶剂内形成悬浮液。然而，脉冲激光器昂贵，另外由激光器烧蚀生产的纳米颗粒典型地限制到金属纳米颗粒。

具有光致发光性能的纳米颗粒例如硅纳米颗粒，碳化硅纳米颗粒和碳纳米颗粒是大多数研究的主题，这部分是因为这些纳米颗粒具有在宽泛的各种应用中使用的潜力，例如荧光生物成像，半导体，微型芯片和光学器件。目前，染料用于荧光生物成像中。在光激发，暴露于光，和/或升高的温度下染料劣化。然而，在类似的条件下，纳米颗粒不劣化，因此与在荧光生物成像中使用的已有的染料相比，具有优良的性能。而且，如上所述，具有光致发光性能的纳米颗粒具有在荧光生物成像以外的应用中使用的潜力。

目前生产具有光致发光性能的纳米颗粒的方法是电化学处理。在典型的电化学处理中，形成氟化氢、过氧化氢和甲醇的溶液。将铂阴极置于该溶液内，并将硅阳极缓慢地置于该溶液内，同时在铂阴极和硅阳极之间施加电流。在硅阳极表面上形成硅纳米颗粒。然后通过在溶剂浴内浸渍硅阳极或者通过超声处理，将硅纳米颗粒与硅阳极分离。这一方法费力，昂贵，要求扩大的实验室设备，并间歇地产生非常少的硅纳米颗粒。正因为如此，一般期望提供生产具有优良的性能且适合于在各种应用中使用的纳米颗粒的方法，所述纳米颗粒包括硅纳米颗粒。

鉴于前述，有利的是在其他改进的物理性能当中，尤其提供具有优良的光致发光性能的纳米颗粒。进一步有利的是提供生产纳米颗粒的方法，以便可由多种材料和材料的共混物生产许多纳米颗粒。

发明概述和优点

公开了生产纳米颗粒的方法。本发明还包括含纳米颗粒的纤维。采用静电纺丝装置，通过静电纺丝硅组合物，形成纤维。热解该纤维，生产纳米颗粒。在纤维内和/或在纤维上生产纳米颗粒。

本发明提供采用最少的步骤生产大量纳米颗粒的方法。可调节热解步骤的参数，以生产具有所需尺寸以供特定应用的纳米颗粒。另外，当与使用激光器的已有的方法相比时，热解步骤不要求昂贵或特殊的实验室设备。此外，本发明的纳米颗粒具有有利的光致发光性能，这使得纳米颗粒对于许多应用(其中包括光学、电在和生物应用)来说是理想的。

附图简述

本发明的其他优点将变得容易理解，因为当与附图结合考虑时，通过参考下述详细说明，将更好地理解这些优点，其中：

图1是在放大50X时，在静电纺丝之后多根纤维的光学显微图象；

图2是在放大20X时，在热解纤维的步骤之后，含纳米颗粒的纤维的光学显微图象；

图3是在放大50X时，在蚀刻纤维的步骤之后，含纳米颗粒的纤维的光学显微图象；

图4是纤维的光致发光光谱的图表，其中归一化的强度是波长的函数；

图5是在放大50X时，纤维的SEM图象；

图6是在放大250X时，纤维的SEM图象；

图7是在放大2000X时，纤维的SEM图象。

发明详述

本发明提供含纳米颗粒的纤维，与纤维分离的纳米颗粒，和生产纳米颗粒的方法。纳米颗粒是电致发光的且具有在许多应用中使用的潜力，其中包括但不限于光学、电子和生物应用。