专利名称：纳米壳层结构的亚微米金属/介电复合介质微球制备方法
技术领域：
本发明公开了一种纳米壳层结构的亚微米金属/介电复合介质微球的快速制备方法，属于纳米结构材料制备技术。
背景技术：
以介电球为支撑内核和金属为壳的亚微米复合介质微球，具有非常重要而新颖的光学、电学性质，是一类非常重要的功能材料—光子晶体—的堆砌单元，参见Wang，Z.L.；Chan，C.T.；Zhang，W.Y.；Ming，N.B.and Sheng，P.Phys.Rev.B2001，64，113108。
到目前为止，研究人员已提出了在胶体微球表面包裹纳米金属层的多种方法。这些涂层方法主要包括表面种子生长技术，参见S.J.Oldenburg，R.D.Averitt，S.L.Westcott，N.J.Halas，Chem.Phys.Lett.1998，288，243；表面沉积反应，参见L.M.Liz-Marzán，M.Giersig，P.Mulvaney，Langmuir，1996，12，4329；表面化学方法处理与吸附金属纳米颗粒吸附技术，参见S.L.Westcott，S.J.Oldenburg，T.R.Lee，N.J.Halas，Langmuir 1998，14，5396；金属纳米颗粒/聚合电解质层层自组装方法，参见F.Crruso，M.Spasova，V. ，L.M.Liz-Marzán，Adv.Mater.2001，13，1090；超声包裹方法，V.G.Pol，D.N.Srivastava，O.Palchik，V.Palchik，M.A.Slifkin，A.M.Weiss，A.Gedanken，Langmuir 2002，18，3352。在这些方法中，金属颗粒与聚合电解质吸附方法一般需要多次重复包裹，才能形成一定厚度的金属层，而表面沉积反应法反应条件苛刻难以控制。
发明内容
1、发明目的本发明的目的是提供一种简单、快速、有效的合成具有纳米壳层结构的亚微米金属/介电复合介质微球的方法。
2、技术方案本发明是以聚苯乙烯胶体微球为内核，通过溶胀布种-种子生长两步法在其表面快速地包裹金属银，以获得具有纳米壳层结构的金属/介电复合介质球。其步骤是步骤1将20毫克聚苯乙烯胶体微球放入由5～10毫升乙醇、0.1～5毫升丙酮、0.1～1毫升甲醛、0.1～5毫升硝酸银-氨—乙醇溶液(6wt％硝酸银，氨水刚好完全络合)组成的复合溶液浸泡。
加入丙酮是为了使聚苯乙烯胶体微球表面溶胀，便于银离子渗入胶体微球表面。
步骤2浸泡1～30分钟后，加入0.1～1毫升甲醛并加热至30～90℃，持续1～30分钟，使因聚苯乙烯溶胀而渗入聚苯乙烯胶体微球表面的银离子被还原成为银纳米颗粒；这些附着在胶体微球表面上的纳米银颗粒作为种子进一步生长，形成一个均匀而连续的纳米银球壳包裹层。
3、有益效果本发明制备工艺简单，效率高，能迅速地制备具有介电/金属壳层结构的复合介质球。
四以下结合附图并通过实例对本发明作进一步说明
图1为本发明的制备流程示意图。
图2为本发明所采用的作为内核的单分散聚苯乙烯微球(直径1.8微米)透射电子显微镜(TEM)照片。
图3展示了丙酮对合成复合介质球的银包裹层的影响。其中图3(a)为不使用丙酮的结果；3(b)为在溶液有10vt％丙酮的结果图；3(c)对应图3(b)的放大图；3(d)为使用20vt％的丙酮的结果。
图4为硝酸银的使用量对合成复合介质球的银壳层结构的影响。其中图4(a)为在复合溶液含有1.5wt％硝酸银溶液的结果；4(b)为含有10wt％硝酸银溶液的结果。
图5是银壳层结构的复合介质球的X射线衍射谱(XRD)。
五具体实施例方式
实施例1本发明具体制备过程如下，将5～10毫升乙醇、0.1～5毫升丙酮、0.1～1毫升甲醛、0.1～5毫升硝酸银-氨—乙醇溶液(6wt％硝酸银，氨水刚好完全络合)组成的复合溶液加入到20毫升的烧杯中，然后加入20毫克聚苯乙烯胶体微球并搅拌1～30分钟，随后加入0.2毫升甲醛加热至30～90℃并持续1～30分钟，最后通过离心分离，获得银包裹壳层结构的复合介质球。
图2为本发明所采用的直径1.8微米的单分散聚苯乙烯微球TEM照片。图3展示了丙酮对所获得的复合介质球银包裹壳层结构的影响。3(a)为不使用丙酮的结果。可以看到，在聚苯乙烯微球表面仅有少量的银纳米颗粒。3(b)为在溶液加入10vt％丙酮的结果，可以看到在聚苯乙烯表面形成几乎连续的银包裹层。图3(c)对应图3(b)的放大图。3(d)为使用20vt％的丙酮的结果，此时聚苯乙烯表面几乎没有银纳米颗粒，这是由于聚苯乙烯过度膨胀，使得银纳米粒子从聚苯乙烯微球表面脱落所致。
图4为硝酸银的用量对合成银壳层复合介质球的影响。图4(a)为复合溶液中硝酸银含量1.5wt％所获得的结果，可以看到银颗粒大小均匀，但没有形成连续而完整的银球壳。4(b)为复合溶液中硝酸银含量10wt％的结果，可以看到，在聚苯乙烯表面形成连续而完整的银球壳，同时由于粒子间的相互作用，所吸附的小银粒子使复合介质球表面有些变形。
图5是银包裹壳层结构的复合介质球的X射线衍射谱(XRD)。所观测到的强衍射峰分别对应面心立方银晶的(111)、(200)、(220)和(311)面的衍射。
实施例2将5毫升乙醇、5毫升丙酮、0.1毫升甲醛、5毫升硝酸银-氨—乙醇溶液(6wt％硝酸银，氨水刚好完全络合)组成的复合溶液加入到20毫升的烧杯中，然后加入20毫克聚苯乙烯胶体微球并搅拌30分钟，随后加入1毫升甲醛加热至90℃并持续1分钟，最后通过离心分离，获得银包裹壳层结构的复合介质球。
实施例3将10毫升乙醇、0.1毫升丙酮、1毫升甲醛、0.1毫升硝酸银-氨—乙醇溶液(6wt％硝酸银，氨水刚好完全络合)组成的复合溶液加入到20毫升的烧杯中，然后加入20毫克聚苯乙烯胶体微球并搅拌1分钟，随后加入0.1毫升甲醛加热至30℃并持续30分钟，最后通过离心分离，获得银包裹壳层结构的复合介质球。
实施例4将7.5毫升乙醇、3毫升丙酮、0.5毫升甲醛、3毫升硝酸银-氨—乙醇溶液(6wt％硝酸银，氨水刚好完全络合)组成的复合溶液加入到20毫升的烧杯中，然后加入20毫克聚苯乙烯胶体微球并搅拌15分钟，随后加入0.5毫升甲醛加热至60℃并持续20分钟，最后通过离心分离，获得银包裹壳层结构的复合介质球。
权利要求
1.一种纳米壳层结构的亚微米金属/介电复合介质微球制备方法，其特征是它包括以下步骤步骤1将20毫克聚苯乙烯胶体微球放入由5～10毫升乙醇、0.1～5毫升丙酮、0.1～1毫升甲醛、0.1～5毫升硝酸银-氨-乙醇溶液(6wt％硝酸银，氨水刚好完全络合)组成的复合溶液浸泡；步骤2浸泡1～30分钟后，加入0.1～1毫升甲醛并加热至30～90℃并持续1～30分钟，使因聚苯乙烯溶胀而渗入聚苯乙烯胶体微球表面的银离子被还原成为银种子；这些附着在胶体微球表面上的纳米银颗粒作为种子进一步生长，形成一个均匀而连续的银球壳包裹层。
2.根据权利要求1所述的一种纳米壳层结构的亚微米金属/介电复合介质微球制备方法，其特征是在步骤2中利用溶胀法吸收银离子进而还原成为银种子。
全文摘要
本发明公开了一种纳米壳层结构的亚微米金属/介电复合介质微球制备方法，其步骤是将聚苯乙烯胶体微球放入由甲醛、硝酸银、丙酮和氨水组成的溶液浸泡；然后加入甲醛溶液并加热，使因聚苯乙烯溶胀而渗入聚苯乙烯胶体微球表面的银离子被还原成为银种子；这些附着在胶体微球表面上的纳米银颗粒作为种子进一步生长，形成一个均匀而连续的纳米银球壳包裹层。本发明制备工艺简单，效率高，能迅速地制备具有介电/金属的壳层结构复合介质球。
文档编号B82B3/00GK1775657SQ200510094968
公开日2006年5月24日 申请日期2005年10月24日 优先权日2005年10月24日
发明者王振林, 刘俊兵, 王斯祯, 詹鹏 申请人:南京大学