专利名称：一种实现二氧化钒纳米线单分散修饰和择优取向排列的方法
技术领域：
本发明涉及一种利用常见的表面活性剂和简单可行的表面修饰方法实现V02的纳米线
单分散和择优取向排列，属于纳米材料和纳米技术领域。
背景技术：
近年来，纳米科技蓬勃发展，纳米材料的应用受到各领域的广泛关注。但纳米粒子的 粒径很小，其高的表面能使它易于团聚，分散性差，形成二次粒子，无法表现出其受人青 睐的表面积效应、体积效应及量子尺寸效应等，严重影响其使用效果。因此，在实际应用 中，如何对纳米粒子的表面进行功能化处理，避免纳米粒子的团聚，提高其分散性，并对 其进行择优取向排列和有序组装，是纳米材料科学领域十分重要的研究课题，对于纳米材 料的器件化和实用化具有重要意义。
发明内容
本发明针对纳米领域内存在的团聚现象，提供一种简单可行的表面修饰方法，消除纳
米粒子常见的团聚性以得到较好的单分散性，使得V02纳米线获得良好的单分散性，并进
行组装，实现V02纳米线的择优取向排列和局部有序组装，得到的V02纳米线LB膜具有 较好的准持续光电导及典型的磁相变和顺磁特性。
本发明所采用的技术方案如下
一种实现V02纳米线单分散修饰和择优取向排列的方法，其方法歩骤如下
1、 量取40 60毫升甲苯移入100毫升烧杯中，向其中加入0.8 1.2毫摩尔的硬脂酸 并剧烈搅拌，将烧杯在温度70。C、8(TC或9(TC水浴下加热，持续搅拌致硬脂酸溶解或熔融； 向其中加入V02纳米线，V02纳米线与硬脂酸的摩尔比为1: 2，搅拌0.5 L5小时后离心
分离，用甲苯洗涤除去过量的硬脂酸，得到硬脂酸修饰过的V02纳米线；
2、 称取8 12克表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵移入80毫升烧杯中，加入40毫升 环己垸和10毫升去离子水；取0.08 0.12毫摩尔硬脂酸修饰过的V02纳米线加入8 12 毫升正丁醇中，超声分散5分钟，然后全部移入上述环己垸溶液中，剧烈搅拌得到一种澄 清半透明的微乳液；持续搅拌1.5 2.5小时后离心分离，用体积比l: 1的异辛烷/氯仿混 合溶剂洗涤8~12次；
3、 将固态衬底处理成亲水；
4、 用Langumir (朗格缪尔)水槽，控制水表面的经步骤2处理过的V02纳米线单层 膜的表面压力-表面积等温线，以形成的V02纳米线单层膜；
5、将步骤4形成的V02纳米线单层膜，转移到步骤3处理过的固态衬底表面形成V02纳 米线丄angumir-Blodget (朗格缪尔-布罗吉特)即LB膜，得到的VOz纳米线LB膜实现了
3(00/)晶面取向。
本发明选用有机酸作为表面修饰剂有两条出发点其一是羧基能够和V02纳米线表面 的羟基产生氢键，使得V02纳米线表面羟基的数目减少，从而减小团聚；其二是作为阴离 子型表面活性剂，其羧基会发生水解，为后面在有水的环境下进一歩修饰提供方便。用微 乳液法进行二次修饰是因为经过微乳液修饰后的V02纳米线的单分散性会得到进一步的提 升。V02纳米线在经过两步表面功能化处理后可以在氯仿中达到单分散，放置l个月而不
产生沉淀。得到的V02纳米线LB膜实现了 (00/)晶面取向和局部区域定向排列，并具有
准持续光电导及典型的磁相变和顺磁特性。
本发明能够使V02纳米线得到更好的单分散和择优取向，有利于组装纳米器件并提高
纳米器件的性能，为纳米材料的实用化提供一条可行的途径。
图1为实施例1 V02纳米线的表面功能化示意图
图2为实施例1 V02纳米线LB膜的7T-A等温曲线图
图3为头'施例1表面修饰后V02纳米线40 mN/m表面压下LB膜的SEM图像(插图 为局部放大图)
图4为实施例1 V02纳米线LB膜(a)和V02纳米线粉末(b)的XRD图谱
其图3表明V02纳米线LB膜具有一定局部有序性。图4表明经过表面修饰和LB组 装后实现了V02纳米线的(00/)晶面择优取向。
具体实施例方式
下面通过实施例对本发明的方法作进一步说明。
实施例1:
1、 量取50毫升甲苯移入100毫升烧杯中，向其中加入l毫摩尔硬脂酸并剧烈搅拌， 将烧杯在90 'C水浴下加热，持续搅拌致硬脂酸溶解或熔融；向其中加入0.5毫摩尔V02 纳米线，搅拌1小时后离心分离，用甲苯洗漆除去过量的硬脂酸，得到硬脂酸修饰过的V02 纳米线；
2、 称取10克表面活性剂CTAB移入80毫升1烧杯中，加入40毫升环己垸和10毫
升去离子水；取0.1毫摩尔硬脂酸修饰过的VO2纳米线加入10毫升正丁醇中超声分散5分
钟，然后全部移入上述环己烷溶液中，剧烈搅拌得到一种黑色澄清半透明的微乳液，持续 搅拌2小时后离心分离，用体积比1: 1的异辛烷/氯仿混合溶剂洗涤10次；
3、 将固态衬底处理成亲水；
4、 用Langumir水槽，控制水表面的经步骤2处理过的V02纳米线单层膜的表面压力 -表面积等温线，以形成V02纳米线单层膜；
5、 将歩骤4形成的V02纳米线单层膜，转移到步骤3处理过的固态衬底表面形成V02 纳米线LB膜，实现了 二氧化钒纳米线(00/)品面取向和局部区域定向排列，并具有准持续光电导及典型的磁相变和顺磁特性。
V02纳米线LB膜的7T-A等温曲线如图2。表面修饰后VO2纳米线40mN/m表面压下 LB膜的SEM图像如图3 ，其中插图为局部放大图。V02纳米线LB膜的XRD图谱如图4(a), V02纳米线粉末的XRD图谱如图4(b)。
实施例2:
1、 量取40毫升甲苯移入100毫升烧杯中，向其中加入0.8毫摩尔硬脂酸并剧烈搅拌， 将烧杯在70 。C水浴下加热，持续搅拌致硬脂酸溶解或熔融；向其中加入0.4毫摩尔V02 纳米线，搅拌0.5小时后离心分离，用甲苯洗漆除去过量的硬脂酸，得到硬脂酸修饰过的
V02纳米线；
2、 称取8克表面活性剂CTAB移入80毫升烧杯中，加入40毫升环己烷和10毫升去 离子水；取0.08毫摩尔硬脂酸修饰过的V02纳米线加入8毫升正丁醇中超声分散5分钟然 后全部移入上述环己垸溶液中，剧烈搅拌得到一种黑色澄清半透明的微乳液，持续搅拌1.5 h后离心分离，用体积比l: 1的异辛垸/氯仿混合溶剂洗涤8次；
3、 将固态衬底处理成亲水；
4、 用Langumir水槽，控制水表面的经步骤2处理过的V02纳米线单层膜的表面压力 -表面积等温线，以形成V02纳米线单层膜；
5、 将歩骤4形成的V02纳米线单层膜，转移到步骤3处理过的固态衬底表面形成V02 纳米线LB膜，实现了二氧化钒纳米线(00/)晶面取向和局部区域定向排列，并具有准持 续光电导及典型的磁相变和顺磁特性。
实施例3:
1、 量取60毫升甲苯移入IOO毫升烧杯中，向其中加入1.2毫摩尔硬脂酸并剧烈搅拌， 将烧杯在80 'C水浴下加热，持续搅拌致硬脂酸溶解或熔融；向其中加入0.6毫摩尔V02 纳米线，搅拌1.5小时后离心分离，用甲苯洗涤除去过量的硬脂酸，得到硬脂酸修饰过的
V02纳米线；
2、 称取12克表面活性剂CTAB移入80毫升烧杯中，加入40毫升环己烷和10毫升 去离子水；取0.12毫摩尔硬脂酸修饰过的V02纳米线加入12毫升正丁醇中超声分散5分 钟，然后全部移入上述环己烷溶液中，剧烈搅拌得到一种澄清半透明的微乳液，持续搅拌 2.5小时后离心分离，用体积比l: 1的异辛垸/氯仿混合溶剂洗涤12次；
3、 将固态衬底处理成亲水；
4、 用Langumir水槽，控制水表面的经步骤2处理过的V02纳米线单层膜的表面压力 -表面积等温线，以形成V02纳米线单层膜；
5、 将形成的V02纳米线单层膜，转移到步骤3处理过的固态衬底表面形成V02纳米 线LB膜，实现了二氧化钒纳米线(00/)品面取向和局部区域定向排列，并具有准持续光 电导及典型的磁相变和顺磁特性。
权利要求
1、一种实现VO2纳米线单分散修饰和择优取向排列的方法，其特征在于，方法步骤如下1)量取40～60毫升甲苯移入100毫升烧杯中，向其中加入0.8～1.2毫摩尔的硬脂酸并剧烈搅拌，将烧杯在温度70℃、80℃或90℃水浴下加热，持续搅拌致硬脂酸溶解或熔融；向其中加入VO2纳米线，VO2纳米线与硬脂酸的摩尔比为1∶2，搅拌0.5～1.5小时后离心分离，用甲苯洗涤除去过量的硬脂酸，得硬脂酸修饰过的VO2纳米线；2)称取8～12克表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵移入80毫升烧杯中，加入40毫升环己烷和10毫升去离子水；取0.08～0.12毫摩尔硬脂酸修饰过的VO2纳米线加入8～12毫升正丁醇中超声分散5分钟，然后全部移入上述环己烷溶液中，剧烈搅拌得到一种澄清半透明的微乳液，持续搅拌1.5～2.5小时后离心分离，用体积比1∶1的异辛烷/氯仿混合溶剂洗涤8～12次；3)将固态衬底处理成亲水；4)用朗格谬尔水槽，控制水表面的经步骤2)处理过的VO2纳米线单层膜的表面压力-表面积等温线，以形成VO2纳米线单层膜；5)将步骤4)形成的VO2纳米线单层膜，转移到步骤3)处理过的固态衬底表面形成VO2纳米线朗格缪尔-布罗吉特膜，即LB膜，得到的VO2纳米线LB膜实现了(00l)晶面取向，并具有较好的准持续光电导及典型的磁相变和顺磁特性。
全文摘要
一种实现二氧化钒纳米线单分散修饰和择优取向排列的方法。方法是将VO<sub>2</sub>纳米线在经过硬脂酸及十六烷基三甲基溴化铵两步表面功能化处理后可以在氯仿中达到单分散，放置1个月而不产生沉淀。得到的VO<sub>2</sub>纳米线LB膜实现了(00l)晶面取向和局部区域定向排列，并具有准持续光电导及典型的磁相变和顺磁特性。该方法工艺十分简单，对设备要求低，重现性好，可控程度高，符合环境要求，该技术适用于传感、光电、生物等新型纳米器件的组装、集成及应用。
文档编号C01G31/00GK101538066SQ20081023742
公开日2009年9月23日 申请日期2008年12月25日 优先权日2008年12月25日
发明者张鹏超, 林 徐, 英 戴, 彬 胡, 郭万里, 文 陈, 韩春华, 顾彦辉, 麦立强 申请人:武汉理工大学