[发明专利]一种光催化含氟单体修饰制备超疏水多孔硅的方法

说明书

本发明涉及多孔硅表面修饰技术领域，尤其涉及一种光催化含氟单体修饰制备超疏水多孔硅的方法，本方法利用光催化的方式将带有双键的含氟基团单体与单晶硅片表面的硅氢键反应，从而将含氟基团化学接枝到多孔硅的表面，得到超疏水多孔硅。本发明克服了现有技术中的改善多孔硅表面化学和机械稳定性的方法处理难度大、反应要求高、反应程度不可控制，处理后的多孔硅稳定性差等缺陷，具有反应条件较为简单，高效，成本低廉的优点，反应后可以长期保持良好的超疏水状态，并在多种液体环境下保持稳定，且不影响多孔硅表面光致发光效应。此外，本技术应用较广，适用于一切具有硅氢键的硅基材料表面接枝改性，使得达到表面超疏水及稳定佳特性。

技术领域

本发明涉及多孔硅表面修饰技术领域，尤其涉及一种光催化含氟单体修饰制备超疏水多孔硅的方法以及通过该方法制备得到的超疏水多孔硅的应用。

背景技术

多孔硅是纳米结构材料，其在电子器件、药物传递、生物芯片、生物细胞的传感以及化学传感方面有着广泛的应用。20世纪90年代初科学家发现了在光电子器件中可以利用硅发光的特点，也正是因为这一光致发光的特性，使得多孔硅可应用于电子器件、药物传递、生物芯片、生物细胞的传感以及化学传感等多个方面。但是在实际应用中，多孔硅表面在空气中的不稳定性对其使用范围造成了一定的限制。当多孔硅暴露在空气中，会随着硅氢键的氧化从而降低材料表面的稳定性，特别是在潮湿的环境中，这种氧化速率会明显增加。当多孔硅浸润在水溶液中时，特别是在模拟生物条件的环境下，其腐蚀速率会大大增加。所以提升多孔硅表面在环境中氧化的耐受性和抗腐蚀能力，使其可以更大范围的适应不同环境中应用显得尤为重要。

在现阶段研究中，改善多孔硅表面的化学和机械稳定性一般有三种方式：热氧化、引入惰性填充料和化学接枝。热氧化方法是将多孔硅放入惰性气氛中通过热退火的方式进行的，其中最常见的氧化多孔硅表面的方法是在含氧气氛中进行热气态氧化或液相氧化，而退火处理需要较高的温度，所以大大提升了能源消耗。引入惰性填充料则是将一些惰性填料离子沉积到多孔硅表面来进行表面改性，这种方式并不能长期稳定的保持多孔硅表面的惰性状态，影响了其正常的实际应用。而化学接枝则通常是通过烯烃与多孔硅表面硅氢基团通过热引发反应完成的，而典型的热引发反应条件是需要过量的烯烃(或炔烃)和真空环境下通过Schlenk技术完成的，但是通常这种热引发的方式需要较高的反应温度，反应条件要求较高。

中国专利CN104726927A报道了一种仿生微纳结构多孔硅超疏水表面的制备方法，其通过将氢化或羟基化的多孔硅表面浸泡在有机物分子溶液体系中进行表面修饰来获得超疏水多孔硅表面，但其反应过程反应程度不好控制，从而导致反应结果不大稳定，不利于实际应用。中国专利CN102167280A报道了一种关于硅基仿生微纳结构超疏水表面制备的方法，是首先用光刻蚀技术制备微米柱状结构，而后用金属催化腐蚀制备纳米线结构，但其反应过程中的光刻蚀技术成本较高，而且反应过程相对复杂，所获得的超疏水表面不稳定，很难大面积的应用到实际环境中。Secret E等(Antibody-Functionalized Porous SiliconNanoparticles for Vectorization of Hydrophobic Drugs.Advanced HealthcareMaterials,2013.)，Wang J等(Thermolytic Grafting of Polystyrene to PorousSilicon.Chemistry of Materials,2015.)都先后采用热引发的方式将长链烷烃接枝到多孔硅的表面以提高多孔硅表面的稳定性，但是这种热引发方式需要较高的温度，也大大影响了工业上的实际应用。

发明内容

为了克服现有技术中改善多孔硅表面化学和机械稳定性的方法处理难度大、反应要求高、反应程度不可控制，处理后的多孔硅稳定性差等缺陷，本发明提供了一种简单高效稳定的通过光催化含氟单体修饰制备超疏水多孔硅的方法，通过该方法制备得到的超疏水多孔硅能够在电子器件、药物传递、生物芯片、生物细胞的传感以及化学传感方面具有良好应用前景。

为实现上述发明目的，本发明通过以下技术方案实现：