[发明专利]通过共组装形成高品质氧化钛、氧化铝和其它金属氧化物模板化材料

说明书

描述了一种用于合成逆反光子结构的共组装方法。该方法包括使鎓化合物与溶胶‑凝胶前体结合以形成金属氧化物(MO)纳米晶体，其中每个MO纳米晶体具有结晶和非晶含量。使MO纳米晶体与模板化颗粒结合以形成悬浮液。从悬浮液中蒸发溶剂以形成中间产物或复合产物，然后其经历煅烧以产生逆反结构。

相关申请的相互参考

本申请要求于2016年4月1日提交并且标题为“Formation of High QualityTitania,Alumina,and Other Metal Oxide Templated Materials Through Coassembly”的美国临时专利申请第62/316,772号的优先权，通过引用将其全部内容并入本文。

援引加入

本文引用的所有专利、专利申请和出版物均通过引用整体并入本文，以便更全面地描述截至本文所述发明之日的本领域技术人员已知的现有技术。

发明领域

本申请涉及高品质模板化材料的形成。更具体地，本申请涉及用于利用共组装使金属氧化物结构(例如反蛋白石)模板化的混合非晶态-晶态前体。

背景技术

蛋白石的反复制品(或“反蛋白石”)包含规则的孔排列，所述孔共同表现出光反射特性和制造所述孔的方法。

概述

根据某些实施方案，描述了一种用于合成模板化材料(例如反光子结构)的共组装方法。该方法包括将鎓化合物与溶胶-凝胶前体结合以形成金属氧化物(MO)纳米晶体，其中每个MO纳米晶体具有晶态和非晶态含量(即结晶相和非晶相)。将MO纳米晶体与模板化颗粒结合以形成悬浮液。该结合可以包括将模板化颗粒排列成直接蛋白石结构。从悬浮液中蒸发溶剂以形成中间产物或复合产物(compound product)。然后可以煅烧该中间产物或复合产物以产生模板化材料，诸如反蛋白石或其它反相结构。该模板化材料可以是光子结构。

根据某些实施方案，鎓化合物是季铵盐，例如烷基氢氧化铵(例如四甲基氢氧化铵(TMAH))。鎓化合物与溶胶-凝胶前体的摩尔比可以为至少约0.05，例如在约0.3和约1.85之间。可以在液体中进行鎓化合物与溶胶-凝胶前体的结合，该液体可以包含水溶剂、有机溶剂和混合溶剂的至少一种。

根据某些实施方案，溶胶-凝胶前体包括异丙醇钛(TIP)、异丙醇铝(AIP)和/或1-丙醇锆(ZIP)。

根据某些实施方案，金属氧化物纳米晶体包括下列至少一种：氧化钛、氧化锆、氧化铝、氧化铁、氧化锌、氧化锡、氧化铍、贵金属氧化物、铂族金属氧化物、氧化铪、氧化钼、钨氧化物、铼氧化物、钽氧化物、铌氧化物、氧化钒、铬氧化物、钪氧化物、氧化钇、镧氧化物、氧化铈、钍氧化物、铀氧化物、其它稀土元素氧化物，以及它们的组合。

根据某些实施方案，该悬浮液具有在约0.05重量％至约10重量％、或至多约20重量％范围内的最终固体含量。可以将悬浮液分散在例如具有约0.1μm和约10mm之间、或约0.5μm和约5mm之间、或约1μm和约1mm之间的直径的液滴内。

根据某些实施方案，复合产物是沉积到表面(例如基底的表面)上的薄膜。在一些这样的实施方案中，该方法还包括在溶剂蒸发之前将基底悬浮在悬浮液中。

根据某些实施方案，模板化颗粒包括由聚合物，金属，金属氧化物，超分子聚集体，有机、无机和有机金属化合物，或盐制成的球形、狭长、凹形、无定形或小面形颗粒的胶体悬浮液。例如，模板化颗粒可以包括聚合物球体的胶体悬浮液。在一些实施方案中，模板化颗粒还可以包含金属纳米颗粒。

根据某些实施方案，光子结构包含氧化钛。光子结构可被形成为膜、块体(brick)或球形颗粒。光子结构可对于其至少10,000个重复单元是无裂纹的。