CN103936986B

CN103936986B - 一种利用微流控技术控制银纳米粒子修饰的聚邻苯二胺微纳米结构形貌的方法

Info

Publication number: CN103936986B
Application number: CN201410183741.8A
Authority: CN
Inventors: 韩晓军; 王磊; 马生华; 王雪靖
Original assignee: Harbin Institute of Technology
Current assignee: Harbin Institute of Technology
Priority date: 2014-05-04
Filing date: 2014-05-04
Publication date: 2016-01-20
Anticipated expiration: 2034-05-04
Also published as: CN103936986A

Abstract

一种利用微流控技术控制银纳米粒子修饰的聚邻苯二胺微纳米结构形貌的方法，属于微纳米材料合成技术领域。针对现有制备银纳米粒子修饰的聚邻苯二胺纳米带或者聚邻苯二胺微纳米球的方法，存在试剂用量大、不易控制形貌、反应时间长等缺点，本发明所述方法步骤如下：一、制备微流控芯片；二、配制0.005~0.02M的硝酸银溶液和0.005~0.01M的邻苯二胺溶液；三、将步骤二中配制的两种溶液分别从微流控芯片的不同通道入口同时注射到芯片中。本发明通过流速来控制产物形貌，具有操作简单、反应速度快、效果好、可控性强、成本低等优点。

Description

一种利用微流控技术控制银纳米粒子修饰的聚邻苯二胺微纳米结构形貌的方法

技术领域

本发明属于微纳米材料合成技术领域，涉及一种新型控制氧化还原反应产物形貌的合成方法，尤其涉及一种利用微流控技术控制氧化还原反应产物形貌的合成方法。

背景技术

聚苯胺是新型高分子聚合材料，由于其具有良好的电催化和电致变色等性质，聚苯胺被广泛的应用于电极材料制备和导电薄膜材料制备中。由于聚苯胺衍生物比聚苯胺具有更多的再修饰官能团，聚苯胺衍生物能够提供更多的性质，因此研究新型的聚苯胺衍生物具有更重要的意义。聚邻苯二胺是一种重要的聚苯胺衍生物，也是重要的导电聚合物，其在光电晶体管等领域具有广泛和巨大的应用前景。聚邻苯二胺纳米带具有较大的长径比，在光电器件组装等方面具有独特的优势；聚邻苯二胺纳米球具有均匀的形貌和可控的尺寸。而嵌有银纳米粒子的聚邻苯二胺纳米球则具有更好的导电性和其他性质。现有报道都是利用常规大量溶液混合的方法制备了聚邻苯二胺纳米带，或者聚邻苯二胺微纳米球。迄今还没有关于利用一种方法、同种试剂实现对邻苯二胺的形貌具有良好的控制和合成的报道。因此，发明一种操作简单、普适性好、产率高并且具有形貌可控的方法来制备银纳米粒子修饰的聚邻苯二胺纳米带和微纳米球的方案具有重要的现实意义。

近十年来，微流控技术应用日益广泛，在生物分析、化学反应以及自组装等研究领域有重要应用。微流控技术在材料合成方面比普通的合成技术具有更多的优点，比如持续自动的反应过程，合成条件的准确控制和调整，以及良好的重现性。但是，直到现在，没有关于利用流量（流体剪切力）变化实现控制氧化还原反应产物形貌的相关报道。

发明内容

针对现有制备银纳米粒子修饰的聚邻苯二胺纳米带或者聚邻苯二胺微纳米球的方法，存在试剂用量大、不易控制形貌、反应时间长等缺点，本发明提供了一种通过改变微流控芯片中溶液流量（流体的剪切力）来实现对氧化还原反应产物形貌控制的新型合成方法，以实现对产物形貌的良好控制。本发明通过流速来控制产物形貌，具有操作简单、反应速度快、效果好、可控性强、成本低等优点。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一、制备微流控芯片；

二、配制0.005~0.02M的硝酸银溶液和0.005~0.01M的邻苯二胺溶液；

三、将步骤二中配制的两种溶液分别从微流控芯片的不同通道入口同时注射到芯片中，通过控制流体的速度，实现了对产物形貌的控制。

本发明中，硝酸银溶液的流速控制在10~60微升/分钟。

本发明中，邻苯二胺溶液的流速控制在10~60微升/分钟。

本发明中，硝酸银溶液和邻苯二胺溶液的总流量不大于120微升/分钟。

本发明中，当两种溶液总流量小于20微升/分钟的情况下，产物中主要是带状物，当两者总流量大于40小于60微升/分钟的情况下，产物中主要是簇状物，当两者总流量大于60小于90微升/分钟的情况下，产物中主要是不规则的块状物，当两者总流量大于90小于120微升/分钟的情况下，产物中主要是微球状。

本发明具有以下优点：

1、只需要通过改变注射器泵上面的参数，也就是改变流量的设定，即可实现对产物形貌的控制；

2、反应迅速，从溶液注入到芯片中，直到产物从芯片中流出，整个过程5~10分钟（因流速不同而不同）；

3、通过场发射扫描电镜的照片（图2），可以看到形貌控制较好（图3）。

附图说明

图1为微流控芯片通道以及尺寸；

图2为在不同流速下制备出来的银纳米粒子镶嵌的聚邻苯二胺纤维和纳米球的流程示意图，a-c所示产物分别为OPD流速为5，40和60微升/分钟，而硝酸银溶液的流速为10微升/分钟；d所示产物为OPD流速为60微升/分钟，硝酸银溶液的流速为50微升/分钟。图中标尺均代表2微米。

图3为不同流速范围对应的产物形貌分布图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案作进一步的说明，但并不局限于此，凡是对本发明技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的保护范围中。

具体实施方式一：

一、微流控芯片的制备：

1）玻璃片清洗：玻璃基底在超纯水中超声5分钟，氮气吹干，依次用丙酮、甲醇和异丙醇超声清洗5分钟，并用氮气吹干。清洗所用到的溶液均为分析纯试剂。

2)掩膜：利用Clewin4软件设计出微通道的结构（通道200μm×100μm），然后将其利用高分辨专业掩膜打印机打印出来。

3）模版：利用软紫外技术对SU-8光敏胶或AM系列的光敏胶进行光刻。在光刻机上将掩膜与玻璃基片对准，将100μm厚的SU-8光刻胶旋涂于玻璃基底上，在65℃条件下预热10分钟，接着将基底暴露在365nm的紫外光下5秒，曝光剂量为500~600mJ/Cm²。最后置于加热板上以65℃加热1分钟，95℃加热10分钟。再冷却到室温之后在MicropositEC溶液中进行清洗1分钟，然后蒸气法将其表面硅烷化（全氟硅烷），备用。

4）PDMS定形：在具有形状的模版上进行聚二甲基硅氧烷（PDMS）的浇筑，从而制成微流控芯片模型。在室温下，PDMS的浇筑过程是将硅酮树脂和固化剂（美国道康宁公司）按照10：1的比例同时浇筑到模版之上，在80℃下加热4小时便可得到成形的固体PDMS通道模型。将固化的PDMS从基底剥离，并用针头将PDMS模版上的进出口挑开。由于模版是具有对称半圆柱沟槽设计的，PDMS定形之后，其下表面就会产生沟槽结构的形状，然后将其含有微结构一侧和另一片干净玻璃片置于等离子体氛围中反应30秒，反应后将PDMS和玻璃对扣压实，在80℃下加热30分钟，微流控芯片即制备出来。

二、微流控方法合成聚邻苯二胺微米带和微纳米球的方法

1、配制0.02M的硝酸银溶液和0.01M的邻苯二胺溶液；

2、将步骤1中配制的两种溶液分别从不同通道入口注射到芯片中。具体如下：如图1所示，将邻苯二胺溶液由通道入口b打入，硝酸银溶液由通道入口a和c打入。

如图2所示，当硝酸银溶液的流量为10微升/分钟，OPD溶液的流量为5微升/分钟时，即当两种溶液总流量小于20微升/分钟的情况下，产物中主要是带状物（a）；当硝酸银溶液的流量为10微升/分钟，OPD溶液的流量为40微升/分钟时，即当两者总流量大于40小于60微升/分钟的情况下，产物中主要是簇状物（b）；当硝酸银溶液的流量为10微升/分钟，OPD溶液的流量为60微升/分钟时，即当两者总流量大于60小于90微升/分钟的情况下，产物中主要是不规则的块状物（c）；当硝酸银溶液的流量为50微升/分钟，OPD溶液的流量为60微升/分钟时，即当两者总流量大于90小于120微升/分钟的情况下，产物中主要是微球状（d）。由此可见，通过控制流体的速度，实现了对产物形貌的控制。

具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是，当硝酸银溶液和OPD溶液的流量均为5微升/分钟时，产物为带状物；两者流速同时提高到25微升/分钟，产物主要以簇状物存在；两者同时改变为35微升/分钟，产物主要以不规则块状物存在；两者同时变化为55微升/分钟时，产物主要以微球为主。

Claims

1.一种利用微流控技术控制银纳米粒子修饰的聚邻苯二胺微纳米结构形貌的方法，其特征在于所述方法步骤如下：

一、制备微流控芯片；

二、配制0.005~0.02M的硝酸银溶液和0.005~0.01M的邻苯二胺溶液；

三、将步骤二中配制的两种溶液分别从微流控芯片的不同通道入口同时注射到芯片中，所述硝酸银溶液的流速控制在10~60微升/分钟，邻苯二胺溶液的流速控制在10~60微升/分钟，通过控制流体的速度，实现了对产物形貌的控制。

2.根据权利要求1所述的利用微流控技术控制银纳米粒子修饰的聚邻苯二胺微纳米结构形貌的方法，其特征在于所述硝酸银溶液的浓度为0.02M。

3.根据权利要求1所述的利用微流控技术控制银纳米粒子修饰的聚邻苯二胺微纳米结构形貌的方法，其特征在于所述邻苯二胺溶液的浓度为0.01M。