[发明专利]一种利用蛋白质焊接的自支撑二维金属薄膜的制备方法

说明书

本发明公开了一种利用蛋白质焊接的自支撑二维金属薄膜的制备方法，该方法利用蛋白质(溶菌酶、清蛋白、α‑淀粉酶、胶原蛋白、角蛋白、胃蛋白、牛血清白蛋白等)诱导还原剂原位还原金属离子形成的金属纳米颗粒在气液界面自组装，形成蛋白质焊接的自支撑二维金属薄膜。本发明制备方法简单，环境友好，对金、银、铂、铜及金银合金等薄膜均适用，且所得金属膜具有优异的导电性能或高反射性，在柔性电子器件和光学器件领域具有广阔的应用前景。

技术领域

本发明属于金属薄膜的制备技术领域，具体涉及一种利用蛋白质焊接的自支撑二维金属薄膜的制备方法。

背景技术

随着纳米科学技术的飞速发展，纳米科学的研究重点已从基础的“材料与结构的合成、表征”到面向应用的“系统集成与器件功能化”方向发展。以独立、无序的低维纳米材料为建筑“单元”，自下而上构筑功能性二维结构薄膜或器件就是其中的一个重要发展方向。

金属是一类重要的材料，具有广泛的实际应用，它们的性质与它们的尺寸、形态密切相关。由于强烈的量子限制和表面效应，几十到几百纳米厚度的自支撑金属膜具有不寻常的物理和化学特性。具有高导电特性、柔性可弯曲的金属纳米薄膜是一种新型的纳米功能材料，它在透明导电电极、化学传感器、催化和光电器件等方面具有广泛应用。

目前，导电金属薄膜通常采用真空气相沉积(如溅射、电子束蒸发、分子束外延等)方法加工，也可采用溶液加工的方法(如自组装、旋涂、滴涂、LB膜沉积等)由化学合成的金属纳米粒子制备而成。真空沉积的方法需要昂贵的大型仪器，加工成本较高。尽管采用溶液加工方法成本较低，但薄膜中的金属粒子往往是无序堆积状态、存在大量的粒子间隔，从而影响金属薄膜传递电子的能力。发展可溶液加工的金属纳米薄膜材料、并能灵活地调控其包括导电性在内的多种性能，将既能降低金属薄膜的制备成本又能促进其在多方面的应用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种利用蛋白质焊接金属纳米颗粒制备自支撑二维金属薄膜的方法。

针对上述目的，本发明所采用的技术方案为：将重金属盐溶液加入0.02～10mg/mL蛋白质水溶液中，并加入还原剂使重金属离子还原成单质，即在溶液表面形成一层蛋白质焊接的自支撑二维金属薄膜。

上述的金属盐溶液为银氨溶液、硝酸银水溶液、氯铂酸水溶液、氯金酸水溶液、五水硫酸铜水溶液中至少一种，蛋白质为溶菌酶、清蛋白、α-淀粉酶、胶原蛋白、角蛋白、胃蛋白、牛血清白蛋白中任意一种。

当所述金属盐溶液为银氨溶液时，优选将10～30mg/mL的银氨溶液与0.02～10mg/mL蛋白质水溶液、10～30mg/mL的葡萄糖水溶液等体积混合均匀，室温静置2～9小时，即在溶液表面形成一层蛋白质焊接的自支撑二维银薄膜。

当所述金属盐溶液为氯金酸水溶液时，优选将4～5mg/mL氯金酸水溶液与5～10mg/mL蛋白质水溶液、4～5mg/mL二水柠檬酸钠水溶液等体积混合均匀，35～40℃静置24～48小时，即在溶液表面形成一层蛋白质焊接的自支撑二维金薄膜。

当所述金属盐溶液为五水硫酸铜水溶液时，优选将20～30mg/mL五水硫酸铜水溶液与5～10mg/mL蛋白质水溶液、40～50mg/mL维生素C水溶液等体积混合均匀，70～80℃静置10～15小时，即在溶液表面形成一层蛋白质焊接的自支撑二维铜薄膜。

当所述金属盐溶液为氯铂酸水溶液时，优选将4～5mg/mL氯铂酸水溶液与2～5mg/mL蛋白质水溶液、10～30mg/mL的维生素C水溶液等体积混合均匀，室温静置12～24小时，即在溶液表面形成一层蛋白质焊接的自支撑二维铂薄膜。

当所述金属盐溶液为硝酸银水溶液和氯金酸水溶液时，优选将10～30mg/mL硝酸银水溶液、4～5mg/mL氯金酸水溶液、2～5mg/mL蛋白质水溶液、10～30mg/mL葡萄糖水溶液等体积混合均匀，室温静置12～24小时，即在溶液表面形成一层蛋白质焊接的自支撑二维金银合金薄膜。