专利名称：一种人造纳米管的制备方法及其做为纳米马达的应用的制作方法
技术领域：
本发明涉及纳米管的制备方法及其应用。
技术背景
人造的纳米尺度的马达是近年来纳米科学的热点领域，微纳米马达是通过催化过氧化氢产生氧气，利用气泡推动自身前行，从而可在含有过氧化氢的溶液中游动的微纳米装置。现有的纳米马达的合成方法有电化学沉积法，粒子束喷射法。但是电化学沉积法合成的微纳米管成本昂贵，难以合成尺度极小的马达，且一次合成数量较小；粒子束喷射法操作要求难度大，且只能制备球状马达，不能制备管状马达。发明内容
本发明是要解决现有的电化学沉积法合成微纳米马达的方法成本高且一次合成数量较小、粒子束喷射法操作要求难度大的技术问题，而提供一种人造纳米管的制备方法及其做为纳米马达的应用。
本发明的一种人造纳米管的制备方法按以下步骤进行
一、制备金属催化粒子；
二、以多孔氧化铝片、聚碳酸酯(PC)或多孔硅片为模板，将聚电解质层层组装至模板的孔中，得到纳米管的骨架；
三、将步骤一制备的金属催化粒子组装到步骤二得到的纳米管的骨架上；
四、将经步骤三处理后的模板用模板溶剂将模板溶解去除，得到人造纳米管。
上述的人造纳米管做为纳米马达的应用，是将人造纳米管放入过氧化氢溶液中， 得到人造管状纳米马达。
本发明利用具有催化过氧化氢分解氧气的钼或银纳米粒子、制备纳米管的的模板，制备纳米管的人工或天然聚电解质为基本材料，利用层层组装方法，将聚电解质纳米管与具有催化性能的金属粒子结合制备出人造纳米管，将人造纳米管放置入过氧化氢溶液中，人造纳米管通过其内部的催化粒子分解过氧化氢产生氧气，利用氧气气泡作为马达的推动力，进而实现游动，游动方式可为直线或曲线方式游动。本发明的人造纳米管的结构示意图如图1所示，其中1为骨架，2为金属催化粒子。该制备方法操作简单，尺寸可控，成本低廉，而且一次合成数量多等优点。本发明的人造管状纳米马达游动的原理图如图2所示， 其中的▲表示过氧化氢，◎表示气泡。在含有过氧化氢的溶液中，该马达中的金属粒子催化过氧化氢产生氧气作为动力，使纳米管向前游动，达到纳米管在含有过氧化氢的溶液中游动的目的。
本发明的制备的人造管状纳米马达在医学领域有广泛的应用前景。
图1是本发明的人造管状纳米马达的结构示意图，其中1为骨架，2为金属催化粒子；
图2是本发明的人造管状纳米马达游动的原理图，其中的▲表示过氧化氢，◎表示气泡；
图3是试验一制备的人造纳米管的扫描电镜照片；
图4是试验一制备的人造纳米管的透射电镜照片；
图5是试验一的人造管状纳米马达做直线运动的的光学显微镜照片；
图6是试验一的人造管状纳米马达做曲线运动的的光学显微镜照片。
具体实施方式
具体实施方式
一本实施方式的人造纳米管的制备方法按以下步骤进行
一、制备金属催化粒子；
二、以多孔氧化铝片、聚碳酸酯(PC)或多孔硅片为模板，将聚电解质层层组装至模板的孔中，得到纳米管的骨架；
三、将步骤一制备的金属催化粒子组装到步骤二得到的纳米管的骨架上；
四、将经步骤三处理后的模板用模板溶剂将模板溶解去除，得到人造纳米管。
本实施方式利用具有催化过氧化氢分解氧气的钼或银纳米粒子、制备纳米管的模板，制备纳米管的人工或天然聚电解质为基本材料，利用层层组装方法，将聚电解质纳米管与具有催化性能的金属粒子结合制备出人造纳米管，将人造纳米管放置入过氧化氢溶液中，人造纳米管通过其内部的催化粒子分解过氧化氢产生氧气，利用氧气气泡作为马达的推动力，进而实现游动，游动方式可为直线或曲线方式游动。该方法操作简单，尺寸可控，成本低廉，而且一次合成数量多，该马达通过催化过氧化氢产生氧气作为动力，给予纳米管动力，从而达到使纳米管在含有过氧化氢的溶液中游动的目的。
具体实施方式
二 本实施方式与具体实施方式
一不同的是步骤一中的金属催化粒子为粒径为3nm IOOnm钼粒子、粒径为3nm IOOnm银粒子、或者以钼或银粒子为核心包覆柠檬酸或聚二甲基二烯丙基氯化铵的粒径为3nm IOOnm的微粒。其它与具体实施方式
一相同。
具体实施方式
三本实施方式与具体实施方式
一与二之一不同的是多孔氧化铝片的孔径为200 400nm。其它与具体实施方式
一与二之一相同。
本实施方式的多孔氧化铝片为市售产品。
具体实施方式
四本实施方式与具体实施方式
一至三之一不同的是聚碳酸酯 (PC)膜的孔径为200nm Ιμπι。其它与具体实施方式
一至三之一相同。
本实施方式的聚碳酸酯(PC)膜为市售产品。
具体实施方式
五本实施方式与具体实施方式
一至四之一不同的是多孔硅片的孔径为2μπι 5μπι。其它与具体实施方式
一至四之一相同。
本实施方式的多孔硅片是利用掩膜为模板，利用光刻蚀制备而成的。
具体实施方式
六本实施方式与具体实施方式
一至五之一不同的是聚电解质为聚 (4-苯乙烯磺酸)铵盐、壳聚糖或海藻酸钠。其它与具体实施方式
一至五之一相同。
具体实施方式
七本实施方式与具体实施方式
一至六之一不同的是本实施方式的人造纳米管的制备方法按以下步骤进行
一、先将200 500mL浓度为0. 2 60mmol/L的氯钼酸煮沸，再加入10 IOOmL 浓度为0. 05% 3%的柠檬酸钠，继续煮沸10 90min，然后冷却至室温，用离子交换层析脱盐，得到钼纳米粒子；
二、组装纳米管的骨架a、将模板依次用去离子水、甲苯、丙酮和乙醇清洗，再用氮气吹干，得到洁净的模板；b、将模板先投入到浓度为0. 1 5mg/mL的聚烯丙基胺盐酸盐 (PAH)中浸泡5小时，取出后用去离子水清洗干净；接着将模板再投入到浓度为0. 1 5mg/ mL的聚(4-苯乙烯磺酸)铵盐溶液中浸泡5小时，取出用去离子水清洗干净，完成一次组装；C、重复步骤b的组装2 10次，得到了组装在模板上的纳米管的骨架；
三、钼纳米粒子的组装d、以超纯水为溶剂，将步骤一得到的钼纳米粒子配制成浓度为1 20mg/mL的溶液，得到钼粒子溶液；e、将经步骤二得到的组装了纳米管的骨架的模板投入到浓度为0. 1 5mg/mL的聚烯丙基胺盐酸盐中浸泡5小时，取出后用去离子水清洗干净；然后再投入到步骤d制备的钼溶液中浸泡2 4小时，再用去离子水清洗；f、重复步骤e的操作3 5次，完成了钼纳米粒子的组装；
四、将经步骤三处理的模板浸入模板溶剂中去除模板，得到人造纳米管。
本实施方式的方法以柠檬酸包覆的钼纳米粒子催化剂粒子，以聚电解质为基本材料制备纳米管。利用层层组装方法，将聚电解质纳米管与具有催化性能的金属粒子结合制备出人造纳米管。该制备方法操作简单，尺寸可控，成本低廉，而且一次合成数量多。在含有过氧化氢的溶液中，该人造纳米管中的柠檬酸包覆的钼纳米粒子催化过氧化氢产生氧气作为动力，使人造纳米管向前游动，达到纳米管在含有过氧化氢的溶液中游动的目的。
具体实施方式
八本实施方式与具体实施方式
七不同的是步骤二中的模板为多孔氧化铝片时，步骤四中的模板溶剂为磷酸或氢氧化钠溶液。其它与具体实施方式
八相同。
具体实施方式
九本实施方式与具体实施方式
七不同的是步骤二中的模板为聚碳酸酯时，步骤四中的模板溶剂为二氯甲烷。其它与具体实施方式
八相同。
具体实施方式
十具体实施方式
一至十之一制备的人造纳米管做为纳米马达的应用，是将人造纳米管放入过氧化氢溶液中使用。
将人造纳米管放置入过氧化氢溶液中，纳米管通过其内部的催化粒子分解过氧化氢产生氧气，利用氧气气泡作为马达的推动力，进而实现游动，游动方式可为直线或曲线方式游动。
具体实施方式
十一本实施方式与具体实施方式
十不同的是过氧化氢溶液的质量浓度为10% 30%。其它与具体实施方式
八相同。
本发明用以下试验验证本发明的有益效果
试验一本试验一的人造纳米管的制备方法按以下步骤进行
一、先将300mL浓度为50mmol/L的氯钼酸煮沸，再加入60mL浓度为1 %的柠檬酸钠，继续煮沸30min，然后冷却至室温，用离子交换层析脱盐，得到钼纳米粒子；
二、组装纳米管的骨架a、将多孔氧化铝片依次用去离子水、甲苯、丙酮和乙醇清洗，再用氮气吹干，得到洁净的多孔氧化铝片；b、将多孔氧化铝片先投入到浓度为ang/mL 的聚烯丙基胺盐酸盐(PAH)中浸泡5小时，取出后用去离子水清洗干净；接着将模板再投入到浓度为2mg/mL的聚苯乙烯磺酸)铵盐溶液中浸泡5小时，取出用去离子水清洗干净，完成一次组装；c、重复步骤b的组装10次，得到了组装在多孔氧化铝片上的纳米管的骨架；
三、钼纳米粒子的组装d、以超纯水为溶剂，将步骤一得到的钼纳米粒子配制成浓度为15mg/mL的溶液，得到钼溶液；e、将经步骤二得到的组装了纳米管的骨架的多孔氧化铝片投入到浓度为ang/mL的聚烯丙基胺盐酸盐(PAH)中浸泡5小时，取出后用去离子水清洗干净；然后再投入到步骤d制备的钼溶液中浸泡3小时，再用去离子水清洗；f、重复步骤 e的操作5次，完成了钼纳米粒子的组装；
四、将经步骤三处理的多孔氧化铝片浸入浓度为15%的氢氧化钠溶液中去除模板，得到人造纳米管。
本试验一得到的人造纳米管的扫描电镜照片如图3所示，
从图3可以看出，人造纳米管的直径为250 400nm，人造纳米管的内部布满了钼粒子微粒，通过这些钼粒子微粒催化过氧化氢生成氧气来为人造管状纳米马达提供前进的动力。
本试验一得到的人造纳米管的透射电镜照片如图4所示，从图4中可以看出，人造纳米管结构紧密，结实牢固。
将本试验一得到的人造纳米管放在质量浓度为30 %的过氧化氢溶液中，得到人造管状纳米马达。
本试验一得到的人造管状纳米马达作直线运动的光学显微镜照片如图5所示，人造管状纳米马达作曲线运动的轨迹的光学显微镜照片如图6所示。
权利要求
1.一种人造纳米管的制备方法，其特征在于人造纳米管的制备方法按以下步骤进行一、制备金属催化粒子；二、以多孔氧化铝片、聚碳酸酯(PC)或多孔硅片为模板，将聚电解质层层组装至模板的孔中，得到纳米管的骨架；三、将步骤一制备的金属催化粒子组装到步骤二得到的纳米管的骨架上；四、将经步骤三处理后的模板用模板溶剂将模板溶解去除，得到人造纳米管。
2.根据权利要求1所述的一种人造纳米管的制备方法，其特征在于步骤二中聚碳酸酯膜的孔径为200nm 1 μ m。
3.根据权利要求1所述的一种人造纳米管的制备方法，其特征在于步骤二中多孔硅片上孔的直径为2 μ m 5 μ m。
4.根据权利要求1所述的一种人造纳米管的制备方法，其特征在于步骤二中聚电解质为聚(4-苯乙烯磺酸)铵盐、壳聚糖或海藻酸钠。
5.根据权利要求1所述的一种人造纳米管的制备方法，其特征在于步骤二中的模板为多孔氧化铝片时，步骤四中的模板溶剂为磷酸或氢氧化钠溶液；其中步骤二中的模板为聚碳酸酯时，步骤四中的模板溶剂为二氯甲烷。
6.根据权利要求1所述的一种人造纳米管的制备方法，其特征在于人造纳米管的制备方法按以下步骤进行一、先将200 500mL浓度为0.2 60mmol/L的氯钼酸煮沸，再加入10 IOOmL浓度为0. 05 % 3 %的柠檬酸钠，继续煮沸10 90min，然后冷却至室温，用离子交换层析脱盐， 得到钼纳米粒子；二、组装人造纳米管的骨架a、将模板依次用去离子水、甲苯、丙酮和乙醇清洗，再用氮气吹干，得到洁净的模板；b、将模板先投入到浓度为0. 1 5mg/mL的聚烯丙基胺盐酸盐 (PAH)中浸泡5小时，取出后用去离子水清洗干净；接着将模板再投入到浓度为0. 1 5mg/ mL的聚(4-苯乙烯磺酸)铵盐溶液中浸泡5小时，取出用去离子水清洗干净，完成一次组装；C、重复步骤b的组装2 10次，得到了组装在模板上的人造纳米管的骨架；三、钼纳米粒子的组装d、以超纯水为溶剂，将步骤一得到的钼纳米粒子配制成浓度为 1 20mg/mL的溶液，得到钼粒子溶液；e、将经步骤二得到的组装了人造纳米管的骨架的模板投入到浓度为0. 1 5mg/mL的聚烯丙基胺盐酸盐中浸泡5小时，取出后用去离子水清洗干净；然后再投入到步骤d制备的钼溶液中浸泡2 4小时，再用去离子水清洗；f、重复步骤e的操作3 5次，完成了钼纳米粒子的组装；四、将经步骤三处理的模板浸入模板溶剂中去除模板，得到人造纳米管。
7.根据权利要求6所述的一种人造纳米管的制备方法，其特征在于步骤二中的模板为多孔氧化铝片时，步骤四中的模板溶剂为磷酸或氢氧化钠溶液；其中步骤二中的模板为聚碳酸酯时，步骤四中的模板溶剂为二氯甲烷。
8.如权利要求1、2、3、4、5、6或7所述的人造纳米管做为纳米马达的应用，其特征在于将人造纳米管放入过氧化氢溶液中使用。
9.根据权利要求8所述的人造纳米管做为纳米马达的应用，其特征在于过氧化氢溶液的质量浓度为10% 30%。
全文摘要
一种人造纳米管的制备方法及其做为纳米马达的应用，本发明涉及人造纳米管的制备方法及其应用。本发明是要解决现有的电化学沉积法合成微纳米马达的方法成本高且一次合成数量较小、粒子束喷射法操作要求难度大的技术问题。本方法一、制备金属催化粒子；二、将聚电解质层层组装至模板的孔中；三、组装金属催化粒子；四、去除模板，得到人造纳米管。人造纳米管做为纳米马达的应用，是将人造纳米管放入过氧化氢溶液中，其通过催化过氧化氢产生氧气，利用气泡作为推动力，进而实现马达游动作用。本发明操作简单，尺寸可控，成本低廉，而且一次合成数量多。本发明的人造纳米管可作为纳米马达用于医学领域中。
文档编号B82B1/00GK102530853SQ20121000697
公开日2012年7月4日 申请日期2012年1月11日 优先权日2012年1月11日
发明者吴志光, 和文平, 贺强 申请人:哈尔滨工业大学