CN102162136B - 一种快速制备大面积二维胶体晶体的方法 - Google Patents
一种快速制备大面积二维胶体晶体的方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN102162136B CN102162136B CN 201110046810 CN201110046810A CN102162136B CN 102162136 B CN102162136 B CN 102162136B CN 201110046810 CN201110046810 CN 201110046810 CN 201110046810 A CN201110046810 A CN 201110046810A CN 102162136 B CN102162136 B CN 102162136B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- colloidal
- particle
- colloidal crystal
- dimensional
- area
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Landscapes
- Colloid Chemistry (AREA)
Abstract
本发明涉及一种快速制备大面积二维胶体晶体的方法，包括以下步骤：将胶体粒子均匀分散于水和醇的混合物中，形成胶体粒子的分散液，该水和醇的混合物中醇含量为1v％-98v％，该醇为烷基碳原子数≤3的醇，该胶体粒子的分散液中胶体粒子的含量≥10wt％；将胶体粒子分散液缓慢加到水面，形成二维胶体晶体。本发明利用高浓度的聚合物粒子在水汽界面的快速自组织，可以很快获得大面积的二维胶体晶体，而且胶体晶体中聚合物粒子为六角形的紧密排列形式，该二维胶体晶体可很容易地被转移到固体基底上。本发明方法具有简便、快速、成本低廉的特点，有益于扩大二维胶体晶体在纳米材料领域的应用。
Description
技术领域
本发明涉及纳米材料制备技术领域的一种胶体晶体的制备方法，尤其涉及一种快速制备大面积二维胶体晶体的方法。
技术背景
胶体晶体是单一分散度的胶体粒子以有序的方式排列形成的材料，由于其在光子晶体、模板合成大孔材料以及制备纳米结构方面的应用，已经吸引了广泛的关注。传统的胶体晶体制备方法，例如重力沉降法(参见“Phase behaviour ofconcentrated suspensions of nearly hard colloidal spheres，P.N.Pusey”，《Nature》，320(1986)，340-342)，电泳沉积法(参见“Electrophoretic deposition of latex-based3D colloidal photonic crystals：A technique for rapid production of high-qualityopals”，《Chem.Mater.》，12(2000)，2721-2726)，溶剂蒸发法(参见“Single-CrystalColloidal Multilayers of Controlled Thickness”，《Chem.Mater.》，11(1999)，2132-2140)等，得到的多是三维的胶体晶体。但是，在表面上制备纳米结构的有序阵列，例如纳米球光刻技术、胶体光刻技术和掩模刻蚀等技术，却要求使用二维胶体晶体作为模板。
当前通常采用对流自组织的方法制备二维胶体晶体(参见“Mechanism offormation of two-dimensional crystals from latex particles on substrates”，《Langmuir》8(1992)3183-3190，和发明专利CN 101717994一种大面积单畴二维胶体晶体的制备方法)，但是这种方法要求基底是亲水的；另一类方法包括限域自组织法(参见“Assembly of Mesoscale Particles over Large Areas and ItsApplication in Fabricating Tunable Optical Filters”，《Langmuir》，15(1999)，266-273)、旋涂法(参见“Two-dimensional nonclose-packed colloidal crystalsformed by spincoating”，《Appl.Phys.Lett.》，89(2006)，011908)等，但这类方法也受可操作性及材料选择性的限制。又一类方法是水汽界面组织过程制备二维胶体晶体，其中最常用的是Langmuir-Blodgett技术(参见“Effects of the SurfacePressure on the Formation of Langmuir-Blodgett Monolayer of Nanoparticles”，《Langmuir》，20(2004)，2274-2276)，但是这个制备过程要求精密贵重的仪器，而且效率较低；而另一种界面悬浮自组织过程法(参见“Macroscopic Arrays ofMagnetic Nanostructures from Self-Assembled Nanosphere Templates”，《Langmuir》，23(2007)，1057-1060)虽然不需要贵重仪器，方便快捷，但经该过程制备的二维胶体晶体的质量以及面积等都有限，妨碍了二维胶体晶体的应用。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足，提出一种制备大面积二维胶体晶体的方法，其具有简便、快速、成本低廉等特点。
为了实现上述发明目的，本发明采用了如下技术方案：
一种快速制备大面积二维胶体晶体的方法，其特征在于，它包括以下步骤：
(1)将胶体粒子均匀分散于水和醇的混合物中，形成胶体粒子的分散液，所述水和醇的混合物中醇含量为1v％-98v％(体积百分比)，所述醇为烷基碳原子数≤3的醇，所述胶体粒子的分散液中胶体粒子的含量≥10wt％；
(2)将胶体粒子分散液缓慢加到水面，形成二维胶体晶体。
具体而言，所述胶体粒子为聚合物粒子，粒子直径在100nm-20μm之间。
所述聚合物采用聚苯乙烯或聚甲基丙烯酸甲酯。
所述聚合物粒子是通过乳液聚合法或悬浮聚合法制备的。
在以乳液聚合法制备所述聚合物粒子的过程中，所采用的乳化剂为十二烷基硫酸钠、十二烷基磺酸钠和十二烷基苯磺酸钠中的任意一种或两种以上的任意组合。
在以悬浮聚合法制备所述聚合物粒子的过程中，所采用的稳定剂为聚乙烯吡咯烷酮。
该方法还包括如下步骤：
(3)将形成的二维胶体晶体静置至少5min后转移到基片表面。
步骤(3)具体为：在形成二维胶体晶体的水面上加入表面活性剂，再静置至少5min后转移到基片表面。
该方法中是采用提拉法将二维胶体晶体转移到基片表面的。
所述基片采用平面或曲面基片，如玻璃片等。
与现有技术相比，本发明的优点在于：利用高浓度的聚合物粒子在水汽界面的快速自组织，可以很快获得大面积的二维胶体晶体，而且胶体晶体中聚合物粒子为六角形的紧密排列形式，该二维胶体晶体可很容易地被转移到固体基底上。本发明方法具有简便、快速、成本低廉的特点，有益于扩大二维胶体晶体在纳米材料领域的应用。
附图说明
图1是聚苯乙烯胶体粒子的二维胶体晶体的扫描电镜照片。
图2是聚甲基丙烯酸甲酯胶体粒子的二维胶体晶体的扫描电镜照片。
具体实施方式：
针对现有二维胶体晶体制备工艺的不足，本案发明人经长期研究和实践，提出了本发明的快速制备大面积二维胶体晶体的方法，其包括以下步骤：
(1)配制高浓度的胶体粒子水醇的分散液；
(2)将高浓度的胶体粒子分散液加到水面形成二维胶体晶体。
其中，所述胶体粒子优选为聚合物粒子，首选是聚苯乙烯或聚甲基丙烯酸甲酯这两种最常见聚合物，其可通过乳液聚合或悬浮聚合方法制备，制备时可以加入交联剂如对二乙烯基苯，从而获得交联的聚合物粒子；
对于乳液聚合工艺，其乳化剂首选十二烷基硫酸钠，十二烷基磺酸钠，十二烷基苯磺酸钠或上述乳化剂的任意比例的混合物，分散聚合的稳定剂为聚乙烯吡咯烷酮；
进一步的，所制备的聚合物粒子至少要经过一个分离、洗涤、再分散的处理步骤，洗涤液为水，醇或水醇的任意比例混合液。
步骤(1)中粒子分散液优选采用水和醇的混合物，且醇是碳原子数不大于3的低元醇，其在混合物中的体积百分比在1％-98％之间；
前述胶体粒子的浓溶液指胶体粒子在分散液中的质量分数不小于10％。
步骤(2)中将胶体粒子分散液加到水面后，胶体粒子自组织形成二维胶体晶体；如果要将此二维胶体晶体膜转移到固体基底上，要在粒子形成二维胶体晶体后静置至少5分钟，以使得进入到水中的粒子充分地扩散到水中，这样粒子膜在转移到基底上时才不至于将进入到水中的粒子带到基底上。在静置处理之前，还可在形成二维胶体晶的水面上滴加少量表面活性剂溶液使之固化。
前述二维胶体晶体膜可通过直接提拉法等转移到玻璃片等基片上。
以下结合附图及若干较佳实施例对本发明的技术方案作进一步的说明。
实施例1该快速制备大面积二维胶体晶体的方法具体为：
用十二烷基磺酸钠做乳化剂，制备聚苯乙烯粒子，制备的粒子经过一次离心、1∶1的水∶乙醇洗涤和再分散，形成质量浓度30％的粒子分散液，将粒子分散液缓慢加到纯水表面，在水面上形成粒子膜(二维胶体晶体)，然后向水面滴加一滴1wt％十二烷基磺酸钠的水溶液，静置5分钟，而后用玻璃片直接提拉，使该二维胶体晶体转移到玻璃片表面，其形态如图1的扫描电镜照片所示。
实施例2该快速制备大面积二维胶体晶体的方法具体为：
用十二烷基硫酸钠做乳化剂，制备聚甲基丙烯酸甲酯粒子；制备的粒子经过一次离心、1∶1的水∶乙醇洗涤和再分散，形成质量浓度25％的粒子分散液，将粒子分散液缓慢加到纯水表面，在水面上形成粒子膜(二维胶体晶体)，然后向水面滴加一滴1wt％十二烷基硫酸钠的水溶液，静置5分钟，而后用玻璃片直接提拉，使该二维胶体晶体转移到玻璃片表面，其形态如图2的扫描电镜照片所示。
以上仅是本发明的较佳应用范例，对本发明的保护范围不构成任何限制。凡采用等同变换或者等效替换而形成的技术方案，均落在本发明权利保护范围之内。
Claims (5)
1.一种快速制备大面积二维胶体晶体的方法，其特征在于，它包括以下步骤：
（1）将胶体粒子均匀分散于水和醇的混合物中，形成胶体粒子的分散液，所述水和醇的混合物中醇含量为1v%-98v%，所述醇为烷基碳原子数≤3的醇，所述胶体粒子的分散液中胶体粒子的含量≥10wt％；
（2）将胶体粒子分散液缓慢加到水面，形成二维胶体晶体；
（3）在形成二维胶体晶体的水面上加入表面活性剂，再静置至少5min后采用提拉法转移到基片表面；
其中，所述胶体粒子为粒径在100nm-20μm之间的聚合物粒子，
所述聚合物采用聚苯乙烯或聚甲基丙烯酸甲酯。
2.根据权利要求1所述的快速制备大面积二维胶体晶体的方法，其特征在于，所述聚合物粒子是通过乳液聚合法或悬浮聚合法制备的。
3.根据权利要求2所述的快速制备大面积二维胶体晶体的方法，其特征在于，在以乳液聚合法制备所述聚合物粒子的过程中，所采用的乳化剂为十二烷基硫酸钠、十二烷基磺酸钠和十二烷基苯磺酸钠中的任意一种或两种以上的任意组合。
4.根据权利要求2所述的快速制备大面积二维胶体晶体的方法，其特征在于，在以悬浮聚合法制备所述聚合物粒子的过程中，所采用的稳定剂为聚乙烯吡咯烷酮。
5.根据权利要求1所述的快速制备大面积二维胶体晶体的方法，其特征在于，所述基片采用平面基片或曲面基片。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN 201110046810 CN102162136B (zh) | 2011-02-28 | 2011-02-28 | 一种快速制备大面积二维胶体晶体的方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN 201110046810 CN102162136B (zh) | 2011-02-28 | 2011-02-28 | 一种快速制备大面积二维胶体晶体的方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN102162136A CN102162136A (zh) | 2011-08-24 |
| CN102162136B true CN102162136B (zh) | 2013-05-01 |
Family
ID=44463579
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN 201110046810 Expired - Fee Related CN102162136B (zh) | 2011-02-28 | 2011-02-28 | 一种快速制备大面积二维胶体晶体的方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN102162136B (zh) |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102826505B (zh) * | 2012-09-19 | 2014-06-18 | 电子科技大学 | 一种胶体微球单层膜的自组装制备方法 |
| CN106115613A (zh) * | 2016-07-22 | 2016-11-16 | 西北工业大学 | 一种大面积单层致密纳米微球薄膜组装方法、装置及装置的使用方法 |
| CN108285126A (zh) * | 2017-01-10 | 2018-07-17 | 苏州工业园区洛加大先进技术研究院 | 一种大面积单层胶体微球阵列的制备方法 |
| CN108796604B (zh) * | 2017-05-03 | 2019-11-12 | 中国科学院化学研究所 | 一种具有曲面结构的胶体光子晶体及其制备方法 |
| CN107081976B (zh) * | 2017-05-26 | 2019-04-30 | 东南大学 | 一种自组装胶体晶体的转印方法 |
| CN108715646B (zh) * | 2018-06-05 | 2020-11-17 | 陕西师范大学 | 一种制备大量均一非球形Janus粒子的方法 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1512179A (zh) * | 2002-12-30 | 2004-07-14 | 中国科学院化学研究所 | 粒子模板及粒子组装和转移的方法 |
| CN101717994A (zh) * | 2009-12-03 | 2010-06-02 | 南京大学 | 一种大面积单畴二维胶体晶体的制备方法 |
-
2011
- 2011-02-28 CN CN 201110046810 patent/CN102162136B/zh not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1512179A (zh) * | 2002-12-30 | 2004-07-14 | 中国科学院化学研究所 | 粒子模板及粒子组装和转移的方法 |
| CN101717994A (zh) * | 2009-12-03 | 2010-06-02 | 南京大学 | 一种大面积单畴二维胶体晶体的制备方法 |
Non-Patent Citations (3)
| Title |
|---|
| Shemaiah M. Weekes, et al..Macroscopic Arrays of Magnetic Nanostructures from Self-Assembled Nanosphere Templates.《Langmuir》.2006,第23卷(第3期),1057-1060. * |
| 任明伟等.二维胶体晶体成形及应用研究进展.《精密成形工程》.2010,第2卷(第4期),36-42. * |
| 巫辉等.单分散聚苯乙烯乳胶粒的制备及其二维胶体晶体的自组装.《材料保护》.2006,第39卷(第10期),26-28. * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN102162136A (zh) | 2011-08-24 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN102162136B (zh) | 一种快速制备大面积二维胶体晶体的方法 | |
| Cong et al. | Current status and future developments in preparation and application of colloidal crystals | |
| Chen et al. | Controllable fabrication of 2D colloidal-crystal films with polystyrene nanospheres of various diameters by spin-coating | |
| Liang et al. | Rational design and synthesis of Janus composites | |
| Dziomkina et al. | Colloidal crystal assembly on topologically patterned templates | |
| Lu et al. | Synthesis of calcite single crystals with porous surface by templating of polymer latex particles | |
| Yabu | Self-organized precipitation: an emerging method for preparation of unique polymer particles | |
| Yabu | Creation of functional and structured polymer particles by self-organized precipitation (SORP) | |
| US9133314B2 (en) | Anisotropic self-assembly of nanoparticles in composites | |
| Scheeler et al. | Fabrication of porous silicon by metal-assisted etching using highly ordered gold nanoparticle arrays | |
| JP6910026B2 (ja) | 複合材料とその製造方法及び熱伝導性材料 | |
| Gu et al. | One-step synthesis of porous graphene-based hydrogels containing oil droplets for drug delivery | |
| WO2015021920A1 (zh) | 一种高强度交联型聚合物光子晶体膜的制备方法 | |
| Qi et al. | In situ emulsion copolymerization of methyl methacrylate and butyl acrylate in the presence of SiO 2 with various surface coupling densities | |
| Yook et al. | A novel method for preparing silver nanoparticle–hydrogel nanocomposites via pH-induced self-assembly | |
| Ballard et al. | Hybrid biological spores wrapped in a mesh composed of interpenetrating polymer nanoparticles as “patchy” Pickering stabilizers | |
| Romero-Ibarra et al. | Hierarchically nanostructured barium sulfate fibers | |
| Rey et al. | Anisotropic silicon nanowire arrays fabricated by colloidal lithography | |
| Zhang et al. | Versatile dendrimer-derived nanocrystal microreactors towards fluorescence colloidal photonic crystals | |
| Han et al. | Multi-tunable self-assembled morphologies of stimuli-responsive diblock polyampholyte films on solid substrates | |
| Park et al. | Effect of the casting solvent on the morphology of poly (styrene-b-isoprene) diblock copolymer/magnetic nanoparticle mixtures | |
| Xu et al. | Mesoscopic rings by controlled wetting of particle imprinted templates | |
| Zhao et al. | precisely endowing Colloidal particles with silica Branches | |
| Sekiguchi et al. | Effects of particle size, concentration and pore size on the loading density of silica nanoparticle monolayer arrays on anodic aluminum oxide substrates prepared by the spin-coating method | |
| Nemtsov et al. | Formation of hierarchical structures of l-glutamic acid with an l-arginine additive |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20130501 Termination date: 20200228 |