[发明专利]一种多孔阵列聚乙烯模板的制备方法

说明书

技术领域

 本发明涉及一种多孔阵列聚乙烯模板的制备方法。

背景技术

多孔模板材料是利用模板孔道的尺寸和位置的限制使纳米线/管生长成所需的直径、长度，并有一定的排列方式，是合成纳米线阵列的理想方法。纳米线阵列材料是指大量纳米线在基底平面上呈竖直阵列平行排列的材料。由于其高度取向的形貌结构和优越的物理、化学性能，在光电器件、传感器、数据存储及生物医药等方面具有重要的应用潜能。器件的微小化对新型的纳米功能材料也提出了更高的要求。如何控制纳米线阵列的结构尺寸和排列方式，使其按照一定规律进行组装、复合，对于深入研究材料形貌与物性间的关系，最终实现按照人们的意愿设计和组建功能纳米器件具有非常重要的意义。因此，如何控制多孔模板的尺寸参数，实现其较大范围的调节成为亟待解决的问题。

现有的多孔模板种类较多，利用多孔氧化铝模板制备金属纳米线阵列的技术现已比较成熟，所制得的纳米线阵列规整有序，单根纳米线直径在几十纳米到几百纳米，但是其多孔结构是自组织形成的，因受到多种因素的影响，控制难度非常大，得到的纳米孔的间距一般小于100纳米，且很难超过400纳米，从而限制了其应用范围。

重离子径迹制备聚合物模板的方法，可根据重离子辐射剂量大小和刻蚀参数的不同来控制模板纳米孔的平均间距和平均孔径，但是纳米孔是随机辐射造成的，孔间距只具备统计意义。

利用聚焦离子束刻蚀制备多孔阵列聚合物模板可以方便调节孔间距，但是该方法耗时长，设备费用昂贵，只适用于制备小面积的阵列结构，其阵列孔的深度受孔径大小的限制，可调范围较小，且制得的孔洞为锥型，而非圆柱形。

利用贵金属定向催化腐蚀结合光刻法可以大范围调节纳米线间距和纳米线直径，但是纳米线长度只能达到微米量级，定向腐蚀的方向极难控制，且无法用来制备单晶硅纳米线阵列以外的其它材料。光刻法可以在二维方向上方便地控制纳米线阵列或多孔模板的尺寸参数，但是纳米线的长径比强烈地受制于光刻宽深比的限制，该方法无法制备较长的纳米线阵列。

土耳其的Mecit Yaman等人报道了利用热减径技术（thermal size-reduction process）制备有序的，不定长的低熔点合金纳米线和聚合物纳米管的方法( Mecit Yaman, Tural Khudiyev, Erol Ozgur, et al. Arrays of indefinitely long uniform nanowires and nanotubes. Natural materials, Vol 10, 2011)。利用该方法可以调节纳米线阵列的三维尺寸参数，尤其是可以方便调节纳米线的间距，但受到加工温度的限制，该方法难以直接制备出高熔点的合金或金属纳米线阵列材料。

发明内容

针对现有技术中的多孔模板的尺寸难以调控的不足，本发明提供一种多孔阵列聚乙烯模板的制备方法。采用本发明，能够在较大范围内调节多孔阵列聚乙烯模板的孔径、孔间距、孔深及多孔阵列的面积。

本发明的多孔阵列聚乙烯模板的制备方法，其特点是依次包括如下步骤：

(a) 将聚苯乙烯芯棒装入聚乙烯管中组成预制棒；

(b) 将预制棒进行一级热拉伸，形成一级复合丝；

(c) 对一级复合丝进行裁剪并紧密堆积固定在聚乙烯管内；

(d) 对步骤(c)所得材料进行二级热拉伸，形成二级复合丝；

(e) 对二级复合丝进行裁剪并紧密堆积固定在聚乙烯管内；

(f) 对步骤(e)所得材料进行三级热拉伸，形成三级复合丝；

(g) 分别对二级复合丝和三级复合丝进行冷冻切片；

(h) 将所得切片放入甲苯溶液中溶解去掉聚苯乙烯芯，形成多孔阵列聚乙烯模板。

所述步骤(b)~ (f)中的一级热拉伸、二级热拉伸和三级热拉伸均是在拉丝装置上进行的，拉丝装置中的加热炉的温度控制在200℃~240℃，挤出口模的孔径为0.3毫米~2毫米，挤出速度为0.05毫米/秒~0.2毫米/秒，拉丝速度为1毫米/秒~4毫米/秒。

所述步骤(g)采用包埋剂将二级复合丝和三级复合丝包埋后进行冷冻切片。

所述包埋剂为环氧树脂和丙烯酸酯树脂。

所述的组成预制棒的聚乙烯管的内径与聚苯乙烯芯棒的直径相匹配。