[发明专利]一种空心碗状纳米二氧化硅二维阵列结构及其制备和应用

说明书

本发明涉及一种空心碗状纳米二氧化硅二维阵列结构及其制备和应用。具体地，本发明公开了一种所述阵列结构的制备方法以及采用所述方法制得的阵列结构。所述方法具有工艺简便、成本低廉、实验条件温和等特点，所述阵列机构具有结构排布致密、碗状开口方向整齐一致、膜厚可控等特点。

技术领域

本发明涉及材料领域，具体地涉及一种空心碗状纳米二氧化硅二维阵列结构及其制备和应用。

背景技术

最近几年，对非球状(如椭球形、雪人形、花生状等)胶体粒子的研究越来越受到人们的关注。与胶体微球相比，非球胶体粒子因其独特的物理、化学、光学等性能，在新型功能材料、特殊光子晶体、定向自组装等新兴领域有着独特的应用，大大拓宽了胶体颗粒的实用范围。尤其，一类具有碗状形貌的非球形中空微粒，由于其结构的特殊性，使其为许多潜在应用的实现提供了令人感兴趣的平台，例如其在光学、生物、化学合成及工业方面均有广泛的应用。而碗状微粒平面自组装结构因其在光子晶体、催化剂、化学传感器和抗反应涂层等领域的广泛应用而备受关注。采用碗状胶体微粒自组装制备有序结构不失为一种有效制备二维有序多孔膜的方法，但实际上，其在此方法的制备过程中很容易产生缺陷，尤其是在自组装过程中实现碗状微粒的有序定向排布是一大挑战。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可有效制备大面积空心碗状纳米二氧化硅二维有序定向排布的阵列结构的制备方法及采用所述方法制得的二维阵列结构。

本发明的第一方面，提供了一种空心碗状纳米二氧化硅二维阵列结构的制备方法，所述方法包括如下步骤：

1)提供第一溶液和有机溶剂，所述第一溶液包含二氧化硅包覆的聚合物颗粒和第一溶剂；

2)将所述第一溶液在基片上形成单层二维有序的二氧化硅包覆的聚合物颗粒的自组装膜，任选地干燥处理位于基片上的所述自组装膜；

3)热处理步骤2)所得位于基片上的自组装膜，接着将经热处理的位于基片上的自组装膜置于所述有机溶剂中浸泡处理，然后抽除所述有机溶剂，接着干燥处理所得位于基片上的自组装膜，得到所述空心碗状纳米二氧化硅二维阵列结构。

在另一优选例中，所述基片选自下组：硅片、玻璃、PET。

在另一优选例中，所述第一溶液中，所述二氧化硅包覆的聚合物颗粒的质量分数为1－20wt％，较佳地2－15wt％，更佳地3－10wt％。

在另一优选例中，所述二氧化硅包覆的聚合物颗粒中，所述外壳二氧化硅包覆层的厚度为所述内核聚合物颗粒的直径的2-10％，较佳地3-8，更佳地4-6％。

在另一优选例中，所述二氧化硅包覆的聚合物颗粒的粒径为50-2000nm，较佳地80-1500nm，更佳地100-1000nm。

在另一优选例中，所述二氧化硅包覆的聚合物颗粒中，内核聚合物颗粒的粒径为40－2000nm，较佳地70－1500nm，更佳地90－1000nm。

在另一优选例中，所述二氧化硅包覆的聚合物颗粒中，外壳二氧化硅包覆层的厚度为0.5－200nm，较佳地1－150nm，更佳地5－100nm。

在另一优选例中，所述第一溶剂选自下组：乙醇、正丁醇、甲醇，优选为无水乙醇。

在另一优选例中，所述二氧化硅包覆的聚合物颗粒中，所述聚合物颗粒为选自下组的单体聚合所得的聚合物颗粒：苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯、或其组合。

在另一优选例中，步骤2)中所述自组装膜通过朗缪尔-布朗杰特(LB)法制得。

在另一优选例中，步骤2)中，所述干燥处理为在室温(如20-45℃，较佳地25-40℃)下晾干。

在另一优选例中，步骤2)中，所述干燥处理的时间为1-60min，较佳地2-40min。