[发明专利]一种周期性SiO2鳞片状纳米结构及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及光学材料、生物纳米材料与器件技术领域，尤其涉及一种周期性SiO₂鳞片状纳米结构及其制备方法。

背景技术

自然界中的生物种类繁多，形态各异，许多生物自身组织具备非常奇特的形貌和结构。近几年，生物组织的这些形貌和结构吸引了许多研究人员的关注。目前，已经有相当多的生物组织，如：树叶，甲虫鞘翅，蚕丝，木材，蝴蝶翅膀，人类和狗的毛发被用作模板来制备各种纳米材料。这些纳米结构复制品在某些特定的领域显现出很好的性能。

在所有生物材料模板当中，蝴蝶翅膀吸引了相当多研究人员的注意力，因为它结构独特，质地柔软，具有比较复杂的光子晶体结构，很容易在材料制备后去除。以前的研究人员们在用蝴蝶翅膀做模板制备材料方面做了很多工作。近年来，人们用各种方法（化学气相沉积，原子层沉积，水热法等）制备出了各种不同材料的蝴蝶翅膀复制品，并进行了各方面性能表征，但基于蝴蝶翅膀模板的倒结构复制品材料并没有报道，并且关于其良好的周期性，以及由此进行的激光衍射研究也从未见报道。

本发明克服了现有技术的工艺复杂，原料昂贵，制备条件苛刻等缺陷，具有方法简单，用料节省，容易在普通实验室内实现的有益效果。

发明内容

本发明的目的是提供一种周期性SiO₂鳞片状纳米结构及其制备方法，解决了生物模板领域制备周期性材料工艺复杂的问题。

本发明提供一种周期性SiO₂鳞片状纳米结构，其长度为125～130μm，宽度为65～70μm，末端有4～5个锯齿，表面为周期性排列的长条结构。

其中，长条结构的排列周期为2.6～3μm；长条结构表面均匀分布有突起，突起的直径为600～700nm。

本发明还提供一种周期性SiO₂鳞片状纳米结构的制备方法，具体包括如下步骤：

步骤一：将正硅酸乙酯加入到盐酸溶液中，将该混合物进行搅拌至单一透明状，制成二氧化硅的溶胶凝胶前驱物；

步骤二：将蝴蝶翅膀剪成切片作为模板，用去离子水洗净，置于空气中晾干；

其中，蝴蝶翅膀切片的直径为2～3cm。切片太大不易压紧，影响成品质量。

步骤三：将切片夹在两个载玻片中间，从载玻片边缘滴加溶胶凝胶前驱物；蝴蝶翅膀鳞片中的空隙会因载玻片之间和鳞片微结构中的毛细作用力而被前驱物填满；

步骤四：在100～120℃条件下，加热上述载玻片20～30分钟；

步骤五：将上述载玻片浸泡在浓硝酸和高氯酸的混合液中进行腐蚀，在110～130℃条件下加热10-15分钟；

其中， 浓硝酸和高氯酸的比例大约为1：1。

步骤六：腐蚀结束后，两片载玻片会自动分离并呈透明，得到二氧化硅样品；将所述二氧化硅样品用去离子水清洗几次，在空气中晾干，得到所述周期性SiO₂鳞片状纳米结构。

本发明提供的周期性SiO₂鳞片状纳米结构，在国际上是首次报道。这种纳米结构外形为蝴蝶翅膀鳞片形状，表面有明显的平行排列的长条状结构，并具有周期性，其长度在一般大于125μm，宽度在67μm左右。

本发明通过改变对溶胶凝胶过程中一些参量的控制，合成了周期性的SiO₂纳米结构。本发明的创新之处包括，选用了蝴蝶翅膀作为模板制备SiO₂，且调整了前驱物的配比，没有使用生物活性剂等昂贵药品。

相对于现有技术公开的纳米结构，本发明的突出特点是：运用生物组织作为模板，取材方便，形貌新颖；对实验设备要求低，无需高温高压等条件；制备所得的目的物材料为模板的倒结构；方法简单，成本低，重复性好，而且可以大面积的制备。

本发明提供的周期性SiO₂鳞片状纳米结构的制备方法，是以蝴蝶翅膀为模板，制备周期性变化的SiO₂倒结构材料，用溶胶凝胶法，在大气压强和没有催化剂的条件下，在玻璃载玻片上得到大面积的周期性变化的SiO₂鳞片状纳米结构。利用本发明方法制备的周期性SiO₂鳞片状纳米结构，完全是蝴蝶翅膀鳞片的倒结构的复制品，由许多SiO₂倒结构鳞片组成，每个鳞片上都清晰的呈现了蝴蝶翅膀鳞片的倒结构的形貌。本发明可以在玻璃载玻片上大面积制备这种结构，其周期性好，形貌规整等特点，可以将其作为特殊光栅或其他光学器件应用于光学领域中。