[发明专利]一种稳定嵌段共聚物胶束模板法制备的材料表面金属纳米阵列的方法

说明书

本发明属于纳米材料表面改性技术领域，公开了一种稳定嵌段共聚物胶束模板法制备的材料表面金属纳米阵列的方法，传统材料表面的金属纳米阵列制备方法包括以下步骤：配置嵌段共聚物的胶束溶液；在胶束中负载金属前驱体；在材料表面形成胶束阵列；等离子体清除胶束模板。然而通过以上制备方法获得的材料表面的金属纳米阵列在长期储存过程中经常出现金属纳米颗粒团聚或金属纳米颗粒脱落的情况，阻碍了批量制备以及后续实验。本发明继制备材料表面金属纳米阵列后，用还原性溶剂浸泡材料，温和且快速地还原金属纳米颗粒及材料表面，同时溶解清除材料表面可能残留的有机物，从而使金属纳米阵列在材料表面长期保持稳定。

技术领域

本发明属于材料表面改性技术领域，具体涉及一种稳定嵌段共聚物胶束模板法制备的材料表面金属纳米阵列的方法。

背景技术

材料表面纳米图案化在催化、光学、电子、生物以及生物材料领域有重要应用。

实现材料表面纳米图案化的一个重要方法是嵌段共聚物胶束模板法。该方法利用嵌段共聚物不同嵌段的溶解性能差异，在特定溶剂中自组装形成胶束；胶束中负载金属前驱体或纳米颗粒；通过旋涂或浸涂的方法，在材料表面形成胶束溶液液膜；随溶剂挥发胶束在材料表面自发形成周期性有序阵列；最后用气体等离子体除去共聚物，材料表面形成有序纳米阵列。通过此方法制备的金属纳米阵列可以实现结构单元尺寸、间距以及有序程度的自由调控。

然而通过上述方法在材料表面制备的金属纳米阵列在长期储存过程中常出现金属纳米颗粒团聚或金属纳米颗粒掉落的现象。这种不稳定性阻碍了材料表面金属纳米阵列的批量制备，不利于实验重复性和实验设计，同时无形之中增加了科学研究的经济成本和时间成本。

因此，开发一种快速温和的稳定嵌段共聚物胶束模板法制备的材料表面金属纳米阵列的方法就成为了本领域技术人员亟需解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是针对现有技术中存在的问题，提供一种快速温和的稳定嵌段共聚物胶束模板法制备的材料表面金属纳米阵列的方法。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种稳定嵌段共聚物胶束模板法制备的材料表面金属纳米阵列的方法，包括以下步骤：

I、配置包载金属前驱体的嵌段共聚物的胶束溶液；

II、在材料表面制备包载金属前驱体的胶束阵列；

III、用等离子体清洗仪去除所述材料表面的嵌段共聚物构成的胶束模板；

IV、用还原性溶剂浸泡还原上述材料。

值得说明的是，所述的材料表面的金属纳米阵列指颗粒直径为纳米级，在材料表面周期性规则排布或不规则排布的图案化单质金属点。

研究发现，金属纳米阵列的不稳定性主要源于高功率等离子体处理后金属纳米颗粒存在被氧化可能，而氧化态的纳米金属点稳定性差；部分源于材料表面本身的氧化活化，或胶束模板未除尽以及材料表面的有机物残留。为了保证聚合物模板被除尽，高功率和长时间的等离子体处理过程必不可少；另一方面，出于安全考虑，氧气和氮气等离子体的使用比氢气等离子体的使用更加普遍，所以经等离子体处理的材料表面金属纳米阵列不可避免地被氧化而影响了长期稳定性。故而，采用还原性溶剂浸泡还原可以对等离子体处理后的材料进行快速且温和地还原，同时清洁可能残余有机物，以达到稳定材料表面的金属纳米阵列的目的。

值得说明的是，本发明在等离子处理后增加了还原处理步骤，在提高了自组装图案化的成功率及纳米金属点保存、后处理的稳定性外，经还原处理的所述具有金属纳米阵列图案的基片材料表面性质与传统嵌段共聚物胶束模版法处理的材料表面性质一致，无需其他工艺步骤，即可直接进行后续加工。

进一步地，所述步骤I中的金属前驱体是氯金酸、氯铂酸铱、氯铑酸、氯钯酸、氯铱酸或氯锇酸。