CN101920933A

CN101920933A - 利用三钼酸盐纳米线制备纳米通道的方法

Info

Publication number: CN101920933A
Application number: CN2010102323540A
Authority: CN
Inventors: 龚巍巍; 薛炯微; 许胜勇
Original assignee: Peking University
Current assignee: Peking University
Priority date: 2010-03-26
Filing date: 2010-07-16
Publication date: 2010-12-22

Abstract

本发明公开了一种利用三钼酸盐纳米线制备纳米通道的方法，属于纳米技术领域。本发明方法包括：a)制备三钼酸盐纳米线；b)将所述纳米线分散在基底上；c)在基底上制备纳米通道壁面材料，所述纳米通道壁面材料覆盖所述纳米线；d)用设定的极性溶剂溶解所述纳米线，得到纳米通道。本发明可用于制备纳米通道，在局域化学分析、局域物理测量、热工、疾病检测、细胞筛选、分子化学测试、信息核糖核苷酸的提取和钝化、蛋白质结晶等方面都有广泛的应用前景。

Description

利用三钼酸盐纳米线制备纳米通道的方法

技术领域

本发明涉及一种利用可溶性三钼酸盐纳米线制备纳米通道的方法，属于纳米技术领域。

背景技术

随着纳米技术的发展，纳米通道技术，特别是以纳米通道技术为基础，多种纳米技术相结合的微纳流体系统芯片技术受到了越来越多的关注。这些技术在局域化学分析、局域物理测量、热工、疾病检测、细胞筛选、分子化学测试、信息核糖核苷酸的提取和钝化、蛋白质结晶等方面都有广泛的应用前景。

纳米通道的结构、截面、直径以及制备通道的材料本身特性等都会对通道内物质的输运过程产生直接或间接的影响，所以制备多种性质可控的纳米通道有着重要的意义。

目前，为了克服运用传统光刻技术制备微纳通道的一些缺点和局限，出现了许多新型的通道制备方法。但多数方法有一个共同的局限性，就是难以改变通道的截面形状。如光刻技术一般制成的通道多为梯形。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中存在的缺陷，提出一种新的纳米通道制备方法。

本发明的核心思想是利用三钼酸盐纳米线在极性溶剂下的“劈裂”现象，将其作为牺牲材料，通过溶解的方式制备纳米通道。

三钼酸盐纳米线是一种聚电解质，相比于现有技术中常用的其他模板材料，具有可溶于水或者酒精等极性溶剂的特点，而且更重要的是溶解时具有特殊的纤维纵向“劈裂”现象，不仅使其与溶液接触表面积大大增大，加速了其溶解速度，还使其可以在还未完全溶解的情况下就从纳米通道中随液体流出。令其不易出现堵塞沟道现象。

许多上述三钼酸盐纳米线均可以通过简单的办法制备，例如K₂Mo₃O₁₀·3H₂O、NaNH₄Mo₃O₁₀·H₂O等。三钼酸根以聚阴离子的形式存在，可以形成长链，因此很容易与小阳离子(比如钾离子、钠离子等)形成纳米线晶体，其中，阳离子与结晶水填充在聚阴离子长链之间。制备纳米通道时，作为牺牲材料的可溶性三钼酸盐纳米线很容易在极性溶剂的作用下，先“劈裂”，再溶解。这种“劈裂”现象类似于高聚物纤维的溶胀过程。与后者不同的是，这种机制使其与溶剂的接触面积以几何级数增加，并使其避免了其他材料在溶解时出现的堵塞、彻底溶解困难的现象。在制备四周闭合的纳米通道时，一般材料会出现因为溶剂难以深入，而溶解缓慢的现象，而这类纳米线会由于其作为聚合物纤维的特有性质发生“劈裂”，在还未彻底溶解的时候就可以“劈裂”，以更细的纤维形式从纳米通道流出。从而彻底解决了堵塞难溶的现象。

利用这类纳米线制备纳米通道的具体步骤如下：

1、制备三钼酸盐纳米线。

制备得到的三钼酸盐纳米线优选具有下列特征：纯净，表面光滑，且粗细均匀。此处所述的“粗细均匀”具体来说是同一根纳米线的不同部位粗细均匀，和/或不同纳米线之间粗细均匀。三钼酸盐纳米线的制备方法优选具有下列特征：可重复性强，能批量生产，成本在可接受范围内，能通过改变制备条件来改变制备得到的纳米线的粗细程度。通过使纳米线的直径落在设定的范围内，还可以实现对纳米通道的标准化生产。

2、把制备得到的纳米线分散在基底上。

就分散的效果而言，优选将纳米线彻底分散，即基底上的纳米线之间彼此分散，且不重叠或者团簇。但纳米线分散得又不能过于疏松，否则在观察时很难找到大量有效的纳米通道样品。分布疏密程度适具体情况而定，在本发明的探索过程中，发明人发现纳米线在基底上的分散密度大致为5根/100μm²为宜。上述分散过程也可以通过纳米探针实现，即通过纳米探针把纳米线分散在基底上。

3、在基底上制备纳米通道壁面材料，所述纳米通道壁面材料覆盖所述纳米线。可以理解，在基底上制备了纳米通道壁面材料后，形成基底和壁面材料夹合纳米线的“三明治”型结构，当通过后续步骤溶解其中的纳米线后，即形成基底和壁面材料之间的纳米通道，该纳米通道的一部分壁面由基底形成，大部分壁面则由所述纳米通道壁面材料形成。所述纳米通道壁面材料可以是光刻胶、金属、金属氧化物、二氧化硅、硅、玻璃、氮化硅等。

4、用设定的极性溶剂溶解所述纳米线，得到纳米通道。

所述极性溶剂可以是水、乙醇、甲醇、甲酰胺、乙腈等，整个制备纳米通道的过程中，不需要引入酸碱等进行腐蚀，去除牺牲材料的过程较温和，所以大大增加了通道壁材料的选择范围。例如，如果引入酸性溶液进行腐蚀牺牲材料，则通道壁不能选择金属等会与酸性溶液反应的材料。

附图说明

图1是实例1制得的纳米通道的SEM照片；

图2是实例2制得的纳米通道的SEM照片。

具体实施方式

下面结合说明书附图和具体实施例更好地说明本发明方法。

实施例1

本实施例采用下述步骤制备纳米通道：

1、制备出纯净且粗细均匀的K₂Mo₃O₁₀·3H₂O纳米线晶体。具体的制备方法可采用专利号为ZL200810119770.2，名称为“一种三水合三钼酸钾纳米线的制备方法”的专利所提出的方法。利用这一方法制备的纳米线的径向截面为圆形。

2、把制备出的纳米线分散在硅基底上，分散过程中，使纳米线尽量彻底分散，并尽量消除上下交叠或者团簇等现象。纳米线在硅基底上的分散密度在每100μm²有5根左右。这个过程也可以通过纳米探针进行，通过纳米探针把纳米线放置在预定位置。

3、在硅基底上涂上光刻胶并按照设计的模板进行光刻。设计的模板能够方便地用坐标定位，以便观察到纳米通道及其截面。

4、用去离子水溶解作为牺牲材料的纳米线，溶解后留下的沟槽即为纳米通道。制成的纳米通道一侧紧贴硅基底，通道的其他侧面都为光刻胶。如图1所示。

通过这种方法制备的纳米通道基本上全是圆形截面，符合本实施例的预期。

实施例2

本实施例采用下述步骤制备纳米通道：

1、制备出纯净且粗细均匀的NaNH₄Mo₃O₁₀·H₂O纳米线晶体。

2、把制备出的纳米线分散在硅基底上，分散过程中，使纳米线彻底分散，不存在上下交叠或者团簇现象。每100μm²的硅基底上大约有5根左右的纳米线。这个过程也可以通过纳米探针把纳米线放置在预定位置。

3、在硅基底上生长铬薄膜，铬薄膜的厚度约为200nm。

4、用去离子水溶解作为牺牲材料的纳米线，留下的沟槽即为纳米通道。制成的纳米通道一侧紧贴硅基底，通道的其他侧面都为铬。如图2所示。

通过这种方法制备的纳米通道基本上全是六边形截面，这一截面形状和纳米线的形状相符。

Claims

1.利用三钼酸盐纳米线制备纳米通道的方法，所述方法包括：

a)制备三钼酸盐纳米线；

b)将所述纳米线分散在基底上；

c)在基底上制备纳米通道壁面材料，所述纳米通道壁面材料覆盖所述纳米线；

d)用设定的极性溶剂溶解所述纳米线，得到纳米通道。

2.如权利要求1所述的利用三钼酸盐纳米线制备纳米通道的方法，其特征在于，所述三钼酸盐是K₂Mo₃O₁₀·3H₂O或NaNH₄Mo₃O₁₀·H₂O。

3.如权利要求1所述的利用三钼酸盐纳米线制备纳米通道的方法，其特征在于，所述三钼酸盐纳米线粗细均匀，且直径在设定的范围内。

4.如权利要求1所述的利用三钼酸盐纳米线制备纳米通道的方法，其特征在于，分散于所述基底上的所述纳米线之间彼此分散，且不重叠或者团簇。

5.如权利要求1所述的利用三钼酸盐纳米线制备纳米通道的方法，其特征在于，所述纳米线在所述基底上的分散密度为5根/100μm²。

6.如权利要求1所述的利用三钼酸盐纳米线制备纳米通道的方法，其特征在于，通过纳米探针将所述纳米线分散在基底上。

7.如权利要求1所述的利用三钼酸盐纳米线制备纳米通道的方法，其特征在于，所述纳米通道壁面材料是光刻胶、金属、金属氧化物、二氧化硅、硅、玻璃、或氮化硅。

8.如权利要求1所述的利用三钼酸盐纳米线制备纳米通道的方法，其特征在于，所述极性溶剂是水、乙醇、甲醇、甲酰胺、或乙腈。

9.如权利要求1所述的利用三钼酸盐纳米线制备纳米通道的方法，其特征在于，所述纳米线的径向截面的形状由所需的纳米通道的截面形状确定。

10.如权利要求1所述的利用三钼酸盐纳米线制备纳米通道的方法，其特征在于，所述基底是硅。