[发明专利]一种纳米线/聚合物/纳米颗粒夹心复合材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及纳米复合材料技术领域，尤其涉及一种多功能纳米材料的制备方法。

背景技术

一维纳米材料具有奇异的化学、物理效应，如：独特的电学、磁学、光学、热学、力学和催化性能等，因而，在光电子器件、吸波材料、光电催化、生物医学等众多领域有着广泛的应用前景。其中，金属或金属氧化物纳米线的合成方法简单、工艺成熟、易于生产，且不同的金属或金属氧化物纳米线具有不同的功能。如Cu，Pt等纳米线具有良好的催化性能，可以直接催化有机反应；Zn及ZnO纳米线具有良好的光电力学性能，在光电器件、压电材料、生物传感等领域具有广泛应用前景；Fe、Co，Ni等及其氧化物纳米线具有良好的电磁性能和生物相容性，在吸波材料、磁存储及生物医学领域有着广泛应用；Au，Ag等贵金属纳米线具有良好的导电性、催化性、生物相容性，可用作人工器脏、光电材料、催化材料等。

聚(环三膦腈-co-4,4’-二羟基二苯砜)(简称PZS)是一类新型有机无机杂化高分子，分子链中含有氮、磷、硫、氧等杂原子，具有优异的光热稳定性及生物相容性等，易于在纳米线表面通过单体原位聚合得到。此外，聚膦腈比表面积大，易于吸附无机纳米晶，继而在表面原位生长出纳米粒子。

本方法旨在利用聚膦腈独特的结构和化学合成特性，将纳米线、纳米粒子、聚合物的优异性能结合在一起，合成出带有多重功能的纳米复合材料。例如，铁纳米线/聚膦腈/氧化锌纳米粒子同时具有磁性、光催化性以及聚合物的化学活性；铂纳米线/聚膦腈/银纳米粒子同时具有化学催化性、导电性以及聚合物的化学活性。本方法首先在超声中以纳米线为模板，在纳米线表面原位聚合聚膦腈单体得到纳米线/聚膦腈纳米复合材料，然后在聚膦腈表面原位生长出纳米粒子，得到纳米线/聚膦腈/纳米颗粒夹心复合材料。本方法的优势在于：(1)合成的纳米线/聚膦腈/纳米颗粒夹心复合材料既具有纳米线的优异性能，又具有聚膦腈材料的优异特性，同时还具有纳米粒子的优异性能，是一种具有多重功能的纳米复合材料。(2)合成的纳米线/聚膦腈/纳米颗粒夹心复合材料结构可控，功能可控。聚合物和纳米粒子的包覆层厚度均可通过调节纳米线、聚膦腈、纳米粒子的比例进行调控。(3)工艺简单，条件温和，设备要求低，易于加工生产。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足而提供一种纳米线/聚合物/纳米颗粒夹心复合材料的制备方法，其特点是先利用现有技术合成出金属或金属氧化物纳米线，再在超声中，以纳米线为模板，原位聚合生成金属或金属氧化物/聚膦腈复合纳米线材料；然后利用聚膦腈的表面性质，在金属或金属氧化物/聚膦腈复合纳米线表面原位生成金属或金属氧化物纳米粒子，从而得到纳米线/聚合物/纳米颗粒夹心复合材料。

该制备方法加工工艺简单，设备要求低，易于加工生产，制备出的纳米线/聚合物/纳米颗粒夹心复合材料兼具纳米线、聚合物、纳米颗粒的多种性能，是一种多功能型纳米复合材料，性能优异，应用前景广阔。

本发明一种纳米线/聚合物/纳米颗粒夹心复合材料的制备方法，按照下述步骤进行：

(1)称取一定质量的纳米线，将其超声分散在一定量溶剂中，依次加入一定量六氯环三膦腈、4,4’-二羟基二苯砜、三乙胺，在一定反应条件下进行原位聚合；经后处理后，得到纳米线/聚膦腈复合材料。

(2)称取一定质量的纳米线/聚膦腈复合材料，加入溶剂、金属盐、一定反应条件下在聚合物表面原位生成金属或金属氧化物纳米粒子。经后处理后，得到纳米线/聚膦腈/纳米颗粒夹心复合材料。

其中步骤(1)所述的纳米线可以是金属纳米线，如Au，Ag，Pt，Si，Fe，Co，Ni，Zn等纳米线，也可以是金属氧化物纳米线，如ZnO，Fe₃O₄，SiO₂，TiO₂等金属氧化物纳米线。

其中步骤(1)所述的纳米线/聚膦腈复合材料的制备过程中：超声功率为100～240W，超声频率为80kHz，温度为0-80℃，溶剂可以是甲醇、四氢呋喃、乙醇、乙腈、丙酮等极性溶剂。

其中步骤(1)所述的纳米线/聚膦腈复合材料的制备过程中：纳米线、六氯环三膦腈和4,4’-二羟基二苯砜的质量比为0.1-1：1：1-3，纳米线的浓度为0.5-5g/L，三乙胺的浓度为0.05～0.1g/L。