[发明专利]一种动态纳米通道及其制备、测试方法

说明书

本发明涉及一种动态纳米通道及其制备、测试方法。本发明将碳纳米管阵列复合柔性聚合物制备得到一种柔性可动态形变的纳米孔道，设计相应器件对离子在该柔性纳米孔道中的输运性质进行研究，控制条件使阵列进行不同程度的动态形变，研究离子输运在动态形变时的性质。本发明结合离子溶液在动态纳米孔道中的特殊性质，是一种新的研究动态纳米通道的方法。有别于传统纳米孔道制备方法，碳纳米管阵列复合聚合物不仅实现了柔性可动态形变纳米通道的简便制备，同时可以研究纳米通道动态形变过程中的离子输运性质。

技术领域

本发明涉及一种新型的动态纳米孔道的制备及测试方法，基于碳纳米管良好的机械性能、本身的纳米尺度孔道与柔性聚合物相结合实现动态纳米通道的制备。

背景技术

纳米孔道在自然界中随处可见，纳米孔道中离子输运性质的研究对生命科学和纳流控领域都具有十分重要的意义。然而,在生物体中，许多纳米通道的几何形状是动态变化的。例如，细胞间的纳米通道在生理过程和疾病期间具有不间断的几何形变。因此，研究动态纳米孔道中的离子传输对于深入理解细胞活动很有必要。人造纳米通道为模拟和研究生物纳米通道的传输特性提供了一个很好的平台，但传统纳米孔道的制备技术制备的孔道都是对称或者不对称的固定形态，使研究动态纳米孔道的性质受到限制。例如，常用的光刻技术和等离子体刻蚀技术受选材限制，很难应用于软质材料上，并且上述方法制备出的纳米孔道十分容易堵塞，几乎不能同时考虑柔韧性和纳米尺寸。这些都限制了柔性动态纳米孔道的制备和其离子输运性能研究。

CN201510949153.5公开了一种弹性硬质润滑纳米复合薄膜材料的制备方法。该方法是采用磁控溅射沉积和等离子体处理技术相结合的方式，在低温下制备弹性硬质润滑纳米复合薄膜材料，此类薄膜以氮化物(如氮化钛(TiN)、氮化铬(CrN)、氮化锆(ZrN)等)多孔结构为骨架，在纳米孔道中填充软物质石墨，从而构成硬相/软相复合的纳米薄膜，其表面光滑，与基底材料结合牢固，具有高硬度、高韧性和良好的润滑行为。因此，此类多孔薄膜适合应用于柔性电子材料、平板显示器、微电子机械系统、聚合物防护、玻璃薄片、纺织物、减摩耐磨物件等领域。但该结构的纳米孔道不能改变。

CN201710740613.2涉及一种柔性二氧化硅气凝胶基相变复合材料的制备方法，可以应用于相变领域。其制备方法是：引入三甲基甲氧基硅烷作为一种新前驱体，通过调节不同硅烷前驱体和溶剂的比例制备柔性二氧化硅气凝胶，然后选择合适的相变芯材，采用真空浸渍法，得到二氧化硅气凝胶基相变复合材料。该发明通过加入三甲基甲氧基硅烷改变了气凝胶内部的交联度，从而使气凝胶具有柔性；加入三甲基甲氧基硅烷使气凝胶孔隙率增加，且孔径大小可调；所制备的柔性二氧化硅气凝胶材料由于其多孔性，可以复合相变芯材制备相变复合材料。但制备好之后，孔径则不可调。

发明内容

本发明的目的之一，在于提供一种动态纳米通道，它包括：碳纳米管阵列以及填充于碳纳米管阵列间隙的柔性聚合物，所述碳纳米管阵列经过预弯曲。

所述的柔性聚合物，需要符合垂直方向可压缩变形20％以上，机械强度可承受5kg以上的压力。

本发明所述的柔性聚合物包括环氧树脂、二甲基硅氧烷、、聚氨酯、聚苯乙烯中的至少一种。

作为优选，所述的预弯曲为弯曲为S形。

本发明的另一目的，在于提供一种动态纳米通道的制备方法，其包括如下步骤：

1)制备碳纳米阵列；

2)柔性聚合物体系混合均匀，滴入原位的或者经过预弯曲变形的碳纳米管阵列表面，待阵列完全浸润后，去掉多余聚合物；

3)固化完全后剥离基底表面，用超薄切片机对膜进行切片，得到碳纳米管阵列复合多孔膜。

作为优选，步骤1)中，碳纳米阵列以甲苯为碳源，二茂铁为催化剂，采用浮动辅助催化法制备。