一种Al₂O₃反蛋白石结构的一步法制备方法

专利名称：一种Al₂O₃反蛋白石结构的一步法制备方法
技术领域：
本发明属于反蛋白石结构光子晶体材料的制备领域，特别涉及Al2O3反蛋白石结构的一步法制备方法。
背景技术：
作为由蛋白石结构衍生出来的反蛋白石结构，是一种三维有序大孔结构，其具有很高的比表面积，可应用于化学催化、吸附、光电子、传感等领域。目前反蛋白石结构材料最常用于三维光子晶体领域，使光晶体具有更高的介电常数，有望得到三维全带隙光子晶体。目前，制备反蛋白石结构的方法一般是模板法，主要包括聚合法、溶胶-凝胶水解法、前驱体容易的电化学沉积法、化学气相沉积法、静电法等方法。但是以上方法均为多步法制备技术，并且在制备过程中存在填充深度受限的问题。

发明内容
本发明的目的是，提供一种可以一步制备Al2O3反蛋白石结构的简便方法。该方法可以同时实现胶体晶体模板的组装与模板空隙内Al2O3的填充。本发明解决其技术问题的方案一种Al2O3反蛋白石结构的一步法制备方法，该方法包括以下步骤步骤一制备铝盐和尿素的混合溶液，然后将聚苯乙烯小球或二氧化硅小球加入分散体系；步骤二 将步骤一制备的分散液放入离心机中离心，直至分散液中聚苯乙烯小球或二氧化硅小球沉降完全，并且完成了有序组装，然后移去固体颗粒堆积体表面以上的上层清液；步骤三将离心制备的胶体晶体加热到70 90°C，使胶体晶体空隙中的Al3+与尿素分解释放出的OH-发生沉淀反应生成Al (OH) 3 ；步骤四将Al (OH)3填充后的聚苯乙烯胶体晶体模板在500-900°C温度下进行煅烧，移走聚苯乙烯小球并且Al (OH) 3也转变成了晶相Al2O3,则Al2O3反蛋白石结构制备完成； 或者将Al (OH)3填充后的聚苯乙烯胶体晶体模板用甲苯等溶剂溶解掉聚苯乙烯小球或将 Al (OH) 3填充后的二氧化硅胶体晶体放置在HF溶液中浸泡腐蚀掉二氧化硅小球模板后，再在500-90(TC温度下进行煅烧，则Al2O3反蛋白石结构制备完成。进一步地，所用的铝盐和尿素的混合溶液中，Al3+浓度为O. 024 O. 15mol/L ； [Al3+]/[Urea]为O. 032 O. 10 ;聚苯乙烯小球或二氧化硅小球质量浓度为O. 5% I. 5%。进一步地，所述的铝盐溶液是硫酸铝铵溶液、硝酸铝溶液；所述的溶剂或分散介质是蒸馏水。进一步地，离心试管中放置有沉积胶体晶体的基板，其材料是载玻片或硅晶片。进一步地,该制备方法适用于Zr02、CeO2及Y2O3反蛋白石结构。本发明的优点效果是该方法将胶体晶体模板的组装与模板空隙的Al2O3填充一步法完成，有效地避免了传统方法中存在的空隙填充深度受限制的问题。该工艺过程操作简便，工艺条件要求不高。
具体实施例方式以制备Al2O3反蛋白石结构为例，对简便易行的Al2O3反蛋白石结构的一步法制备技术进行说明实施例一制备Al2O3反蛋白石结构，具体步骤为步骤一制备铝盐、尿素与聚苯乙烯小球的混合分散体系，该体系中Al3+浓度为 O. 03mol/L ;尿素浓度为I. 2mol/L ;聚苯乙烯小球质量浓度为O. 5%。步骤二 将步骤一制备的分散液放入离心机中离心，直至分散液中聚苯乙烯小球沉降完全，并且完成了有序组装，然后移去聚苯乙烯小球堆积体表面以上的上层清液；步骤三将离心制备的胶体晶体样品放置在80°C烘箱中保持4h，以使胶体晶体空隙中的Al3+与尿素分解释放出的OH-发生沉淀反应生成Al (OH)3 ；步骤四反应完成后，从烘箱中取出覆有填充了 Al(OH)3的胶体晶体的基板，将基板连同样品放置在高温炉中，在500°C下煅烧6h ；步骤五煅烧结束后使样品自然冷却至室温，然后取出样品则Al2O3反蛋白石结构制备完成。实施例二 制备Al2O3反蛋白石结构，具体步骤为步骤一制备铝盐、尿素与聚苯乙烯小球的混合溶液，该体系中Al3+浓度为 O. 03mol/L ;尿素浓度为O. 3mol/L ;聚苯乙烯小球质量浓度为1% ；步骤二 将步骤一制备的分散液放入离心机中离心，直至分散液中聚苯乙烯小球沉降完全，并且完成了有序组装，然后移去聚苯乙烯小球堆积体表面以上的上层清液；步骤三将离心制备的胶体晶体样品放置在85°C的烘箱中保持4h，以使胶体晶体空隙中的Al3+与尿素分解释放出的OH-发生沉淀反应生成Al (OH)3 ;步骤四反应完成后，从烘箱中取出覆有填充了 Al(OH)3的胶体晶体的基板，将基板连同样品放置在高温炉中，在600°C下煅烧5h ；步骤五煅烧结束后使样品自然冷却至室温，然后取出样品则Al2O3反蛋白石结构制备完成。显然，本领域技术人员基于本发明的宗旨所做的许多修改和变化属于本发明的保护范围。如上所述，对本发明的实施例进行了详细地说明，但是只要实质上没有脱离本发明的发明点及效果可以有很多的变形，这对本领域的技术人员来说是显而易见的。因此，这样的变形例也全部包含在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种Al2O3反蛋白石结构的一步法制备方法，其特征在于，该方法为以下步骤(1)制备铝盐和尿素的混合溶液，然后将聚苯乙烯小球或二氧化硅小球加入形成分散体系；(2)将步骤一制备的分散液放入离心机中离心，直至分散液中聚苯乙烯小球或二氧化硅小球沉降完全，并且完成了有序组装，然后移去固体颗粒堆积体表面以上的上层清液；(3)将离心制备的胶体晶体加热到70 90°C，使胶体晶体空隙中的Al3+与尿素分解释放出的OH-发生沉淀反应生成Al (OH) 3 ；(4)将Al(OH)3填充后的聚苯乙烯胶体晶体模板在500-900°C温度下进行煅烧，移走聚苯乙烯小球并且Al (OH)3也转变成了晶相Al2O3,则Al2O3反蛋白石结构制备完成；或者将Al (OH)3填充后的聚苯乙烯胶体晶体模板用甲苯等溶剂溶解掉聚苯乙烯小球或将 Al (OH) 3填充后的二氧化硅胶体晶体放置在HF溶液中浸泡腐蚀掉二氧化硅小球模板后，再在500-90(TC温度下进行煅烧，则Al2O3反蛋白石结构制备完成。
2.根据权利要求I所述的一种Al2O3反蛋白石结构的一步法制备方法，其特征在于所用的铝盐和尿素的混合溶液中，Al3+浓度为O. 024 O. 15mol/L ； [Al3+] / [Urea]为O. 032 O.10 ;聚苯乙烯小球或二氧化硅小球质量浓度为O. 5% I. 5%。
3.根据权利要求I所述的一种Al2O3反蛋白石结构的一步法制备方法，其特征在于所述的铝盐溶液是硫酸铝铵溶液、硝酸铝溶液；所述的分散介质是蒸馏水。
4.根据权利要求I或2或3所述的一种Al2O3反蛋白石结构的一步法制备方法，其特征在于离心试管中放置有沉积胶体晶体的基板，其材料是载玻片或硅晶片。
5.根据权利要求I或2或3所述的一种Al2O3反蛋白石结构的一步法制备方法，其特征在于该制备方法适用于Zr02、CeO2及Y2O3氧化物的反蛋白石结构。
全文摘要
本发明公开了一种Al2O3反蛋白石结构一步法制备方法，该制备方法是在铝盐与尿素的混合溶液中加入聚苯乙烯小球或二氧化硅小球，然后将混合溶液分散的聚苯乙烯小球或二氧化硅小球在室温下完成胶体晶体模板的有序组装；升高温度使分散液中的Al3+离子与尿素分解产生的OH-在聚苯乙烯或二氧化硅胶晶模板间隙内，发生沉淀反应生成Al(OH)3；接着通过高温煅烧，或者有机溶剂溶解或HF溶液腐蚀移走聚苯乙烯小球或二氧化硅小球胶体晶体模板后再煅烧，生成Al2O3反蛋白石结构。该方法的优点是将胶体晶体模板的组装与模板空隙的填充一步法完成，有效的避免了传统方法中存在的空隙填充深度受限制的问题；该工艺过程操作简便，工艺条件要求不高。
文档编号C30B29/20GK102586873SQ201210058430
公开日2012年7月18日 申请日期2012年3月7日 优先权日2012年3月7日
发明者万金秀, 张辉 申请人:北京交通大学