一种碳棒表面构筑反蛋白石结构的方法
【专利摘要】本发明涉及一种碳棒表面构筑反蛋白石结构的方法，包括：通过乳液聚合制备得到PMMA胶体球，然后将PMMA胶体球分散在去离子水中，得到PMMA分散液；将碳棒置于PMMA分散液中，进行电泳沉积，固化，在碳棒表面得到以PMMA为基质的蛋白石结构；将表面得到以PMMA为基质的蛋白石结构的碳棒垂直置入到二氧化钛TiO2悬浮液中，取出后进行烧蚀，得到以TiO2为基质的反蛋白石结构，即在碳棒表面构筑反蛋白石结构。本发明的反蛋白石结构有更大的孔隙率，有效地增大了光子晶体结构与外界接触的面积。该蛋白石结构能够和响应性填充物质以高比例进行复合，使其在传感器件材料的制备领域有着重要的应用。
【专利说明】
一种碳棒表面构筑反蛋白石结构的方法
技术领域
[0001]本发明属于反蛋白石结构的制备领域，特别涉及一种碳棒表面构筑反蛋白石结构的方法。
【背景技术】
[0002]光子晶体是一类能够通过其光子带隙对光进行调节的材料。通过将光子晶体与其他功能性材料结合，可以制备对外界刺激具有响应性的光子晶体材料。由于响应性光子晶体在颜色显示、生物和化学传感器、油墨和涂料以及光学元件中有着广泛的应用，近年来，越来越多的研究者开始致力于响应性光子晶体的制备与研究。在过去的二十年时间里，研究者们通过一些新的技术和实验手段制备了对温度、PH、离子、机械力、电场和磁场等外界刺激具有响应性的光子晶体。
[0003]生活中有许多自然色彩，例如蝴蝶的翅膀、昆虫的外壳、鸟类的羽毛等。这些色彩现在通常被称作结构色，这些色彩来源于单一的生物材料在微观结构上的周期性排列。另一种天然的光子晶体是一类宝石，叫做欧泊，它有着耀眼的颜色，这是因为其结构中，非晶态二氧化硅的胶质球作紧密排列。胶质球产生于高浓度的含硅溶液，在年复一年的沉积作用下，胶质球呈现出高度的有序排列。
[0004]响应性光子晶体具有介电周期性结构，向其施加物理或化学刺激时，其衍射波长或强度会发生改变。除了要具备传统光子晶体所需的周期性结构，响应性光子晶体还必须包含响应性物质。一种通常的制备方法是先制备好周期性的结构，然后再将响应性的材料填充进当中的间隙部位，这样就构成了一种复合材料，并且具有可调谐的光学性能和一定的机械强度。
[0005]然而，响应性光子晶体在对外界刺激进行检测的过程中也存在一些问题，例如响应速度相对较慢，稳定性较差等。究其原因，主要是响应性光子晶体与外界刺激的接触不够充分，而通过在弧形表面构筑光子晶体结构则可以有效的解决这个问题。
【发明内容】
[0006]本发明所要解决的技术问题是提供一种碳棒表面构筑反蛋白石结构的方法，该方法简便易行，制备的反蛋白石结构，孔隙率高，可以复合高比例的响应性填充物质，以达到更灵敏的检测效果。
[0007]本发明的一种碳棒表面构筑反蛋白石结构的方法，包括:
[0008](I)通过乳液聚合制备得到PMMA胶体球，然后将PMMA胶体球分散在去离子水中，得到PMMA分散液；
[0009](2)将碳棒置于步骤(I)中的PMMA分散液中，进行电泳沉积，沉积结束后将碳棒取出，固化，在碳棒表面得到以PMMA为基质的蛋白石结构；其中，电泳沉积的条件为:电压为1.5?3V，时间为120?300s;
[0010](3)将步骤(2)中表面得到以PMMA为基质的蛋白石结构的碳棒垂直置入(垂直置入有其实验意义，在于:减小液面表面张力对蛋白石结构和T12填充的影响)到二氧化钛T12悬浮液中，取出后进行烧蚀去除PMMA模板，得到以T12为基质的反蛋白石结构，即在碳棒表面构筑反蛋白石结构。
[0011 ]所述步骤(I)中乳液聚合的过程中以过硫酸钾为引发剂。
[0012]所述步骤(I)中PMMA胶体球的直径为245?260nm;PMMA分散液的浓度为38?40mg/
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[0013]所述步骤(2)中碳棒使用前经过丙酮、乙醇和去离子水清洗。
[0014]所述步骤(2)中固化的温度为75?85°C;时间为2?3.5h。
[0015]所述步骤(3)中置入的时间为2?5min。
[ΟΟ??]所述步骤(3)中二氧化钛Ti02悬浮液的浓度为4?10mg/ml。
[0017]所述步骤(3)中烧蚀的条件为:450?550 °C下烧蚀3?4h。
[0018]本发明所制备的反蛋白石结构有更大的孔隙率，有效地增大了光子晶体结构与外界接触的面积;该蛋白石结构能够和响应性填充物质以高比例进行复合，使其在传感器件材料的制备领域有着重要的应用；能够通过相应性材料的复合实现对外界刺激的传感，可用于制备对外界刺激具有检测作用的器件。
[0019]本发明提供了一种碳棒表面构筑反蛋白石结构的方法，是通过电泳沉积的方法在碳棒表面沉积具有光子晶体结构的PMMA胶体球，并在其空隙结构中填入T12纳米颗粒;通过烧蚀，将PMMA蛋白石结构模板去除，在碳棒表面构筑具有反蛋白石结构的Ti02光子晶体。
[0020]本发明以甲基丙烯酸甲酯(MMA)为起始原料，过硫酸钾为引发剂，利用乳液聚合的方法制备不同粒径的聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)胶体球，并将其分散至去离子水中；利用电泳沉积的方法在碳棒表面构筑PMMA蛋白石结构;然后将具有蛋白石结构的碳棒浸渍到二氧化钛(T 12)中，使蛋白石结构的空隙中填充T 12;最后经烧蚀去除PMMA模板，制备得到以Ti〇2为基的反蛋白石结构。
[0021]有益效果
[0022](I)本发明方法简便易行，对制备具有外界响应型的一些特殊材料具有重要的参考价值；
[0023](2)本发明所制备的反蛋白石结构，孔隙率高，可以复合高比例的响应性填充物质，以达到更灵敏的检测效果；
[0024](3)本发明所制备的反蛋白石结构，依靠其内部结构进行显色，复合相应性物质后的检测不需要外界对其提供能源，达到了节约能源的目的；
[0025](4)本发明所制备的反蛋白石结构，能够通过复合不同的响应性物质，应用于不同的检测场合。
【附图说明】
[0026]图1为实施例1?3中PMMA胶体球的粒径分布图；
[0027]图2为实施例1?3中PMMA光子晶体的显色图；其中，(a1、b1、ci;a2、b2、c2;a3、b3、c3)对应的沉积时间分别为120s、180s、300s，( a1、a2、a3; b1、b2、b3; C1、c2、C3)对应的PMMA胶体球粒径分别为 245nm、251nm、260nm。
[0028]图3为实施例1?3中PMMA光子晶体的反射光谱;其中，a?c对应的PMMA胶体球粒径分别为245nm、251nm、260nm，对应的反射波长分别为548nm、563nm、581nm0
[0029]图4为实施例3中PMMA光子晶体的SEM图；
[0030]图5为实施例3中T12反蛋白石结构的SEM图。
【具体实施方式】
[0031]下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
[0032]实施例1
[0033]以甲基丙烯酸甲酯(MMA)为起始原料，过硫酸钾为引发剂，利用乳液聚合的方法制备粒径大约为245nm的聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)胶体球，并将其分散至去离子水中；将经过丙酮、乙醇和去离子水清洗后的碳棒置于PMMA分散液中，用数字电源表施加1.5V电压，沉积时间为120s，随后置于80°C烘箱中干燥2h，固化后，得到以PMMA为基质的蛋白石结构;然后上述得到的碳棒垂直置入到4mg/ml的二氧化钛(Ti02)悬浮液中，2min后取出；最后置于高温电阻炉中，在450°C下烧蚀4h去除PMMA模板，便得到以T12为基质的反蛋白石结构。图1为PMMA胶体球的粒径分布曲线图。
[0034]实施例2
[0035]以甲基丙烯酸甲酯(MMA)为起始原料，过硫酸钾为引发剂，利用乳液聚合的方法制备粒径大约为251nm的聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)胶体球，并将其分散至去离子水中；将经过丙酮、乙醇和去离子水清洗后的碳棒置于PMMA分散液中，用数字电源表施加2V电压，沉积时间为180s，随后置于85°C烘箱中干燥2.5h，固化后，得到以PMMA为基质的蛋白石结构;然后上述得到的碳棒垂直置入到6mg/ml的二氧化钛(Ti02)悬浮液中，3min后取出；最后置于高温电阻炉中，在500°C下烧蚀3.5h去除PMMA模板，便得到以T12为基质的反蛋白石结构。图2为不同粒径的PMMA胶体球在碳棒表面沉积不同的时间所得的蛋白石结构的光学显微镜照片；图3为不同粒径的PMMA胶体球在碳棒表面沉积不同的时间所得的蛋白石结构的反射光谱图。
[0036]实施例3
[0037]以甲基丙烯酸甲酯(MMA)为起始原料，过硫酸钾为引发剂，利用乳液聚合的方法制备粒径大约为260nm的聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)胶体球，并将其分散至去离子水中；将经过丙酮、乙醇和去离子水清洗后的碳棒置于PMMA分散液中，用数字电源表施加3V电压，沉积时间为300s，随后置于75°C烘箱中干燥3.5h，固化后，得到以PMMA为基质的蛋白石结构;然后上述得到的碳棒垂直置入到8mg/ml的二氧化钛(Ti02)悬浮液中，4min后取出；最后置于高温电阻炉中，在550°C下烧蚀3h去除PMMA模板，便得到以T12为基质的反蛋白石结构。图4为碳棒表面上蛋白石结构的SEM图像;图5为在碳棒表面制备的具有反蛋白石结构光子晶体的SEM图像。
【主权项】
1.一种碳棒表面构筑反蛋白石结构的方法，包括: (1)通过乳液聚合制备得到BMA胶体球，然后将BMA胶体球分散在去离子水中，得到PMMA分散液； (2)将碳棒置于步骤(I)中的PMMA分散液中，进行电泳沉积，固化，在碳棒表面得到以PMMA为基质的蛋白石结构;其中，电泳沉积的条件为:电压为1.5?3V，时间为120?300s; (3)将步骤(2)中表面得到以PMMA为基质的蛋白石结构的碳棒垂直置入到二氧化钛T12悬浮液中，取出后进行烧蚀，得到以T12为基质的反蛋白石结构，即在碳棒表面构筑反蛋白石结构。2.根据权利要求1所述的一种碳棒表面构筑反蛋白石结构的方法，其特征在于，所述步骤(I)中乳液聚合的过程中以过硫酸钾为引发剂。3.根据权利要求1所述的一种碳棒表面构筑反蛋白石结构的方法，其特征在于，所述步骤(I)中PMMA胶体球的直径为245?260nm;PMMA分散液的浓度为38?40mg/ml。4.根据权利要求1所述的一种碳棒表面构筑反蛋白石结构的方法，其特征在于，所述步骤(2)中碳棒使用前经过丙酮、乙醇和去离子水清洗。5.根据权利要求1所述的一种碳棒表面构筑反蛋白石结构的方法，其特征在于，所述步骤(2)中固化的温度为75?85°C;时间为2?3.5h。6.根据权利要求1所述的一种碳棒表面构筑反蛋白石结构的方法，其特征在于，所述步骤(3)中置入的时间为2?5min。7.根据权利要求1所述的一种碳棒表面构筑反蛋白石结构的方法，其特征在于，所述步骤⑶中二氧化钛T i02悬浮液的浓度为4?1mg/ml。8.根据权利要求1所述的一种碳棒表面构筑反蛋白石结构的方法，其特征在于，所述步骤⑶中烧蚀的条件为:450?550 °C下烧蚀3?4h。9.根据权利要求1所述的一种碳棒表面构筑反蛋白石结构的方法，其特征在于，所述步骤(3)中以T12为基质的反蛋白石结构应用于传感器材料的制备。
【文档编号】C01G23/047GK106006725SQ201610327140
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年5月17日
【发明人】王宏志, 孟俊行, 商胜龙, 李耀刚, 张青红
【申请人】东华大学