CN106830700A - 一种气液界面法制备二氧化硅胶体晶体膜的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种利用气液界面法快速制备二氧化硅胶体晶体膜的方法，包括以下步骤：(1)采用改进法制备单分散二氧化硅球形颗粒，将所述单分散二氧化硅球形颗粒经陈化干燥后，得到不同粒径的固体二氧化硅球形颗粒；(2)配制CTAB溶液，向其中加入步骤(1)制备的固体二氧化硅球形颗粒，经干燥得到表面改性的固体二氧化硅球形颗粒；(3)在底部带有孔隙的容器底部放一能提供平整表面的物体，加入水，使水面刚好漫过玻璃片上表面。取分散有改性的固体二氧化硅球形颗粒的分散剂，迅速在水面形成所述二氧化硅胶体晶体膜。本发明还公开了由所述方法制备得到的二氧化硅胶体晶体膜。

Description

一种气液界面法制备二氧化硅胶体晶体膜的方法
技术领域
本发明属于无机纳米材料领域，涉及一种在空气-水界面上快速形成二氧化硅胶体晶体膜的制备方法。
背景技术
近年来，单分散微球自组装形成2D及3D有序结构吸引了广大研究者的兴趣，因为其在光子晶体、催化剂、膜技术、传感器等领域有广泛的应用。到目前为止，已有许多胶体晶体自组装方法，主要包括：垂直沉积法、水平沉积法、电泳沉积法、旋涂法、LB技术法等，但是，各种方法均有一些缺点，垂直沉积法耗时较长，一般需要几天甚至几周的时间才能形成大面积质量较好的胶体晶体；水平沉积法外界干扰因素较大，难以形成有序结构；电泳沉积需要复杂的仪器设备；尽管旋涂法能够快速制备大面积胶体晶体，但制备的胶体晶体有序性差；而且以上几种方法均难以控制所形成胶体晶体的层数。对于在空气-水界面形成2D和3D胶体晶体膜，大多采用LB技术法，但是该方法需要使用LB设备，设备复杂而且对设备的依赖性较大。因此，选择简单且有效的自组装方法形成大面积且质量较好的胶体晶体仍然存在很大挑战。
发明内容
为了克服现有技术的上述缺陷，本发明突破了传统方法的局限性，首先采用改进法制备单分散二氧化硅球形颗粒，然后对固体二氧化硅球形颗粒进行改性，最后在空气-水界面形成二氧化硅胶体晶体单层膜。由于二氧化硅亲水性较强，二氧化硅球形颗粒与水分子间有强烈的吸引力，因此在空气-水界面形成的单层膜不稳定，机械强度较差，本发明通过使用阳离子表面活性剂CTAB对二氧化硅球形颗粒进行改性，使二氧化硅球形颗粒带有部分疏水性，影响二氧化硅的亲疏水性，从而有助于制备稳定性更强的二氧化硅胶体晶体膜。本发明还提供了一种适用于所述方法的实验装置，在空气-水界面可形成面积大、质量较好且层数可控的胶体晶体膜。
本发明提供的气液界面法制备二氧化硅胶体晶体膜的方法，包括以下步骤：
(1)采用改进法制备单分散二氧化硅球形颗粒，将所述二氧化硅球形颗粒陈化并干燥后，得到固体二氧化硅球形颗粒；
(2)配制CTAB溶液，向其中加入步骤(1)制备的固体二氧化硅球形颗粒，得到表面改性的固体二氧化硅球形颗粒；
(3)将表面改性的固体二氧化硅球形颗粒加入分散剂中，配制成表面改性的二氧化硅球形颗粒的胶体悬浮液，将表面改性二氧化硅球形颗粒的胶体悬浮液在空气-水界面上形成一层膜，得到所述二氧化硅胶体晶体膜。
具体地，所述方法包括以下步骤：
(1)固体二氧化硅球形颗粒的制备
采用改进法制备单分散二氧化硅球形颗粒：无水乙醇、氨水、水和TEOS进行反应，得到所述单分散二氧化硅球形颗粒；其中，所述反应在30-40℃条件下进行。
本发明改进法制备单分散二氧化硅球形颗粒的一个具体实施方式为：将包含一定量的无水乙醇、氨水、超纯水的第一混合液在恒温水浴中30-40℃搅拌15-20min；同时取一定量已蒸TEOS，恒温水浴30-40℃条件下15-20min；将TEOS倒入第一混合液中，形成第二混合液，恒温水浴30-40℃搅拌反应4-5h，得到单分散二氧化硅球形颗粒悬浮液。单分散二氧化硅球形颗粒陈化24h后，将二氧化硅球形颗粒从悬浮液中离心分离、清洗、干燥，得到不同粒径的固体二氧化硅球形颗粒。
本发明中，所述“单分散二氧化硅球形颗粒”是指化学组成一致，粒径分布均一稳定的二氧化硅球形颗粒，粒径一般<2微米。
本发明中，所述无水乙醇、氨水、超纯水、TEOS的用量比(摩尔比)为10-15：0.5-3.0：5-15：0.1-0.5；优选地，为10：1.5：15：0.4。
本发明中，优选地，第一混合液恒温水浴的温度为40℃；第一混合液恒温水浴的时间为15min。
本发明中，优选地，已蒸TEOS恒温水浴的温度为40℃；已蒸TEOS恒温水浴的时间为15min。
本发明中，优选地，第二混合液恒温水浴的温度为40℃；第二混合液恒温水浴反应的时间为4h。
本发明中，优选地，所述单分散二氧化硅球形颗粒陈化的时间为24h。
本发明中，优选地，所述单分散二氧化硅球形颗粒的干燥温度为60℃，干燥时间24h。
本发明中，所述清洗可以但不限于用纯水和无水乙醇超声清洗二氧化硅球形颗粒数次，直到上清液呈中性。
本发明中，所述干燥可以但不限于在红外真空干燥仪中进行。
本发明中，所述固体二氧化硅球形颗粒的粒径范围为229～417nm。本发明的方法对于其他粒径均匀的纳米级二氧化硅颗粒也都适用。
本发明中，所有仪器使用前需用超声波水洗，反应时仪器要保证密封(如可用保鲜膜密封)，防止氨气挥发。
(2)制备表面改性的固体二氧化硅球形颗粒
配制阳离子表面活性剂溶液，向其中加入步骤(1)制备的固体二氧化硅球形颗粒，使其达到一定的固含量，超声分散，离心，干燥，对固体二氧化硅球形颗粒进行表面改性，得到表面改性的固体二氧化硅球形颗粒。
取一定量的阳离子表面活性剂改性的SiO2球形颗粒，加入10-3M的KCl溶液中，配成0.1wt％的胶体悬浮液，超声分散15min。测定其pH，并在此pH下使用JS94电泳仪测其ζ电位。以ζ电位值表征所制备的单分散二氧化硅球形颗粒的稳定性以及表征阳离子表面活性剂改性效果。对于水相溶剂来说，一般地，当ζ电位值在低于-30mV或者高于+30mV时体系具有较好的稳定性。调节pH测得各pH下对应的ζ电位，得到ζ-pH曲线，曲线与横坐标的交点为二氧化硅球形颗粒的等电点(IEP值)，可用于后续自组装形成质量较好胶体晶体的指导工作。对比改性前后ζ电位值，表面电位绝对值明显减小来可以判断颗粒间静电排斥作用大小以及改性效果。
本发明中，所述阳离子表面活性剂为能减少二氧化硅表面羟基数量的阳离子表面活性剂或者常见硅烷偶联剂；所述能减少二氧化硅表面羟基数量的阳离子表面活性剂选自十六烷基三甲基溴化铵CTAB、十六烷基三甲基氯化铵CTAC、十二烷基三甲基溴化铵、十二烷基二甲基苄基氯化铵，所述常见硅烷偶联剂包括KH570。优选地，为十六烷基三甲基溴化铵CTAB。
本发明中，所述阳离子表面活性剂溶液的浓度0.001-0.01mM；优选地，为0.01mM。
进一步优选地，为浓度为0.01mM的CTAB。
本发明中，所述阳离子表面活性剂，例如CTAB的作用为作为阳离子表面活性剂对二氧化硅球形颗粒进行表面改性。(a)使二氧化硅颗粒表面带有部分疏水基团，在空气-水界面上，疏水端暴露在空气中，亲水端与水结合，从而在水-空气界面上能够形成稳定单层膜；(b)表面带有负电荷的二氧化硅球形颗粒吸附阳离子表面活性剂在一定程度上降低了颗粒的ζ电位，减少颗粒间静电排斥力，有助于形成紧密堆积的单层膜；(c)CTAB降低水的表面张力，固化胶体晶体膜，从而实现大面积制备单层膜。
本发明中，所述固体二氧化硅球形颗粒在阳离子表面活性剂溶液中的固含量为1-2wt％；优选地，为2wt％。
本发明中，所述超声分散的时间为1-2h；优选地，为2h；目的是使阳离子表面活性剂充分吸附在二氧化硅球形颗粒表面。
本发明中，所述干燥的条件可以但不限于在恒温干燥箱中进行干燥，干燥的温度为60℃，持续干燥24h。
(3)制备二氧化硅胶体晶体膜
将步骤(2)制备的改性的固体二氧化硅球形颗粒分散到分散剂中，配成一定固含量的表面改性的二氧化硅球形颗粒的胶体悬浮液。在一特定容器底部放置可提供平整表面的物体作为基底(如一干净载玻片)，加入适量水，使水面刚好漫过载玻片上表面。取一定量的胶体悬浮液，迅速在水面铺满一层膜，待分散剂挥发，从容器底部缓慢放出水，则膜沉积在玻片上，干燥后即制备得到所述二氧化硅胶体晶体膜。
本发明中，所述分散剂可以是任何具有良好挥发性的溶剂，例如为有机溶剂，选自甲醇、无水乙醇、丙醇、正丁醇等；优选地，为甲醇。所述分散剂的作用为得到均匀分散二氧化硅球形颗粒的悬浮液，并且具有较快的挥发速率，利于二氧化硅球形颗粒在短时间达到稳定均匀的自组装效果，并且提高颗粒有序性。
本发明中，所述表面改性的固体二氧化硅球形颗粒的胶体悬浮液的固含量为1-2wt％，优选地，为2wt％。
本发明中，可采用将改性的二氧化硅球形颗粒的胶体悬浮液滴于水面的方式，在水面上迅速铺满一层膜；或可采用喷洒的方法等任何可在空气-水界面形成胶体膜的方法。
本发明中，所述特定容器是指使用前清洗干净、底部带有孔隙的玻璃容器，目的是可以控制水从容器底部缓慢放出，进而使制备的二氧化硅胶体晶体膜沉积在载玻片上。
本发明中，分散剂挥发的时间可以是5min，以分散剂挥发完全为宜。在铺展过程，由于发生在气液界面上、用量少、挥发速率快、放水过程仍可继续挥发等原因，分散剂一般很快可以挥发完全，用于判断挥发完全的标志也可通过所滴加的乳白色二氧化硅悬浮液在水-空气界面上紧密排列形成带有一定的衍射颜色的薄膜大致判断，干燥后以及多次重复取膜后衍射颜色更加明显；在铺展过程中，若分散剂挥发不完全，理论上会影响气液界面上二氧化硅球形颗粒的润湿性，从而影响带电颗粒周围离子氛的形成，降低其有序性。但是离子氛之间的诱导力是较弱的，并且可以通过后续高温干燥帮助分散剂挥发，因此二氧化硅胶体晶体膜仍会表现为长程有序性。
本发明中，所述干燥的方法可以是任何已知的干燥方法。
本发明中，所述改性的固体二氧化硅球形颗粒的最佳表面电位范围为-40mV--30mV。
本发明中，所述方法制备得到的二氧化硅胶体晶体膜可以形成六方紧密有序堆积结构的2D单层膜，有序性较好，且具有较高的稳定性；将单层膜一层一层地转移到固体基底上，得到3D有序堆积的多层膜。
本发明还提出了如上所述方法制备得到的二氧化硅胶体晶体膜；所述二氧化硅胶体晶体膜为六方紧密有序堆积结构的2D单层膜，有序性较好，且具有较高的稳定性；将单层膜一层一层地转移到固体基底上，可得到3D有序堆积的多层膜。
本发明提出了一种装置，所述装置包括表面平整的载玻片、底部有孔的容器、水槽装置；具体包括水槽1、水槽1内的底部有孔容器2、支撑底部有孔容器2的支撑部7和导管5；所述底部有孔容器2包括孔4、基板3和支撑所述基板3的支撑部6。该装置为自主设计的气液界面法制备二氧化硅胶体晶体膜的特定装置。
本发明还提出了所述装置在用于气液界面法制备二氧化硅胶体晶体膜中的应用。在水槽中加入适量水至水面刚好漫过载玻片上表面，取改性的二氧化硅球形颗粒的胶体悬浮液小心滴加到水面使刚好铺满整个水面，待分散剂挥发，从水槽底部缓慢放出水，则二氧化硅胶体晶体膜沉积在载玻片上，干燥后得到单层二氧化硅胶体晶体膜，重复多次取膜，可在较短时间内得到层数可控的二氧化硅胶体晶体膜，由于胶体晶体膜的面积取决于装置底面积，因此装置底部若采用大面积基板材料，可得大面积的胶体晶体膜。与现有技术相比，利用本装置可在气液界面上简单快速实现制备层数可控，大面积的高质量二氧化硅胶体晶体膜的目的。
本发明的有益效果在于，本发明主要利用特定装置以气液界面法制备二氧化硅胶体晶体膜，利用改进法制备亲水性单分散二氧化硅球形颗粒，通过物理吸附阳离子表面活性剂(例如，CTAB)对固体二氧化硅球形颗粒进行改性；将改性的固体二氧化硅球形颗粒分散在有机溶剂中，在空气-水界面可形成单层膜。本发明通过改变CTAB浓度能够改变二氧化硅球形颗粒的表面电位，在最佳表面电位范围内，二氧化硅胶体晶体膜可以形成紧密有序堆积结构的2D单层膜，将单层膜一层一层地转移到固体基底上，得到3D有序堆积的多层膜。与传统的自组装方法相比，本发明的方法在空气-水界面上快速形成了大面积、质量较好且层数可控的胶体晶体膜。所得的胶体晶体膜表现为六方紧密堆积结构，有序性较好。本发明的方法简单可控、条件温和、颗粒大小均匀可控、且反应批量大等特点，与传统的自组装方法比较，本发明的方法还具有以下优点：(a)步骤(3)的自组装过程在短时间内即可完成；(b)不需要复杂的实验设备，实验装置简单，原则上对于形成的面积是没有限制的，主要依赖于所用装置的底面积大小；(c)制备的二氧化硅胶体晶体的层数可控制，可以形成单层或多层胶体晶体结构；(d)所形成的胶体晶体膜可转移到任意的基底上。
附图说明
图1是实施例1利用气液界面法自组装二氧化硅胶体晶体膜的装置示意图；其中，1为水槽，2为水槽内的底部有孔容器，3为基板，4为孔，5为导管，6为支撑基板的支撑部，7为支撑底部有孔容器的支撑部。
图2是实施例1制备的二氧化硅球形颗粒的粒径分布图。
图3是实施例1制备的二氧化硅胶体晶体单层膜的AFM图像。
图4是实施例1制备的二氧化硅胶体晶体单层膜的AFM图像。
图5是实施例1制备的二氧化硅胶体晶体单层膜的紫外-可见透射光谱图。
图6是实施例1在空气-水界面重复取膜得到的1-8层二氧化硅胶体晶体膜的紫外-可见透射光谱图。
图7是实施例1不同浓度CTAB溶液改性的二氧化硅球形颗粒所得胶体晶体膜的紫外-可见透射光谱图(8层)。
图8是实施例1中不同浓度CTAB溶液改性的二氧化硅球形颗粒的ζ电位变化图。
图9是实施例2制备的二氧化硅胶体晶体1-8层膜的紫外-可见透射光谱图。
图10是实施例3制备的二氧化硅胶体晶体1-8层膜的紫外-可见透射光谱图。
图11是实施例4制备的二氧化硅胶体晶体1-8层膜的紫外-可见透射光谱图。
具体实施方式
结合以下具体实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明。实施本发明的过程、条件、实验方法等，除以下专门提及的内容之外，均为本领域的普遍知识和公知常识，本发明没有特别限制内容。
实施例1：
(1)采用改进的法制备单分散二氧化硅球形颗粒，具体过程为：将15M的无水乙醇、1.5M氨水、15M超纯水加入三颈烧瓶中，水浴搅拌恒温15min，同时取0.4M已蒸TEOS，水浴恒温15min，将TEOS倒入三颈烧瓶中，数分钟后，澄清的溶液逐渐变浑浊，恒温水浴搅拌反应4h，反应结束后于烧杯中陈化24h。将二氧化硅球形颗粒从悬浮液中离心分离，用纯水和无水乙醇分别超声清洗数次，直到上清液呈中性，随后红外真空干燥，得到不同粒径的固体二氧化硅球形颗粒。所有仪器使用前需用超声波水洗，反应时仪器用保鲜膜密封，防止氨气挥发。
(2)配制0.01mM的CTAB溶液，分别向其中加入一定量的自制的SiO2球形颗粒，使固含量为2wt％，超声分散2h，使CTAB吸附在SiO2球形颗粒表面，离心除去上清液，置于恒温干燥箱60℃干燥24h，得到CTAB改性的SiO2球形颗粒。取一定量的CTAB改性的SiO2球形颗粒，加入10-3M的KCl溶液中，配成0.1wt％的胶体悬浮液，超声分散15min。测定其pH，并在此pH下使用JS94电泳仪测其ζ电位。
(3)将改性后的SiO2球形颗粒分散到甲醇分散剂中，配成固含量2wt％的胶体悬浮液。在一干净容器底部放一干净载玻片，加入适量水，使水面刚好漫过载玻片上表面。取一定量的胶体悬浮液(使刚好铺满整个水面)，小心滴于水面，迅速在水面铺满一层膜，等待5min，使分散剂挥发，从底部缓慢放出水，则膜沉积在玻片上，干燥后即得到SiO2单层膜。重复多次取膜，分别得到1-8层膜的胶体晶体。
图2是实施例1制备的二氧化硅球形颗粒的粒径分布图，表明制备得到的二氧化硅胶体晶体膜中二氧化硅颗粒粒径均匀，平均粒径为307nm，PDI值<0.1，表明制备的二氧化硅球形颗粒具有良好的单分散性。
图3、图4是实施例1制备的二氧化硅胶体晶体单层膜的AFM图像。通过观察表面形貌，二氧化硅球形颗粒有序结构覆盖整个膜表面。且不同观察角度下，二氧化硅球形颗粒均排列规整，基本上为六方排列(如图3、图4中所示的六边形)，表明二氧化硅胶体晶体为六方密堆积结构，其中大多都为三角形空隙，结构有序性良好。
图5是实施例1制备的二氧化硅胶体晶体膜的单层膜的紫外-可见透射光谱，在波长为345nm处有一尖锐的透射峰，此峰表明所述二氧化硅胶体晶体膜的单层膜有序性较好；另外，在650nm左右处有一宽峰，通过Bragg方程计算可得，对于307nm的二氧化硅球形微粒，其一级衍射对应的波长为686nm，二级衍射对应的波长为343nm，峰的位置满足Bragg方程，说明实验结果和理论值基本吻合。
图6是实施例1在空气-水界面重复取膜得到的1-8层二氧化硅胶体晶体膜的紫外-可见透射光谱，由上到下依次为1-8层膜的图像。随着沉积层数的增加，胶体晶体膜透射峰的衰减程度更为明显，表明所制备的胶体晶体的有序性增加，图中胶体晶体膜均有两个明显的透射峰，分别为胶体晶体的一级透射峰和二级透射峰，一级透射峰随着层数的增加，其衰减程度越来越明显，而二级透射峰有逐渐平缓的趋势，这主要是由于当波长与二氧化硅球形颗粒粒径接近时，不断增加的光散射使透射光线减少，导致透射峰较小。
图7是实施例1中不同浓度CTAB溶液改性的二氧化硅球形颗粒所得胶体晶体膜的紫外-可见透射光谱图(8层)。图中峰的最高点的切线与最低点的垂直线为禁带强度SBI值，代表透射峰的衰减程度以表征胶体晶体的有序性，当CTAB浓度为0.01mV时，SBI＝20.4，衰减程度最大，说明此浓度的CTAB溶液对二氧化硅球形颗粒进行改性为最优浓度。
图8是实施例1中不同浓度CTAB溶液改性的二氧化硅球形颗粒的ζ电位变化图。随着CTAB浓度的增大，二氧化硅胶体悬浮液的ζ电位的绝对值显著减少(改性前为-64.13mV)。当ζ电位绝对值较大时，颗粒间排斥力较大，难以形成紧密堆积的单层膜，而当ζ电位绝对值较小时，颗粒易团聚，不利于胶体晶体膜的形成。CTAB浓度在0.01mM-0.001mM范围内，ζ电位值适中(-41.37mV--36.67mV)，此时颗粒间相互作用力较适宜形成有序性较好的胶体晶体膜。
实施例2
实施方法同实施例1，与实施例1的区别在于使用改进法合成二氧化硅球形颗粒的方法中TEOS的用量不同，为0.3M，制备得到的固体二氧化硅球形颗粒平均粒径为229nm。使用该粒径的二氧化硅球形颗粒得到均匀稳定的二氧化硅胶体晶体膜，紫外-可见透射图谱如图9所示，由上到下分别为实施例2制备得到的1-8层二氧化硅胶体晶体膜的透射图谱。透射峰的衰减程度可以一定程度表征实施例2所制备得到的胶体晶体的有序性良好，并且，随着沉积层数的增加，胶体晶体膜透射峰的衰减程度逐渐增大，表明实施例2所制备的胶体晶体随着层数增加其有序性增加，具有光子晶体结构的典型特征。
实施例3
实施方法同实施例1，与实施例1的区别在于使用改进法合成二氧化硅球形颗粒的方法中水的用量不同，为10M。制备得到的固体二氧化硅球形颗粒平均粒径为378nm。使用该粒径的二氧化硅球形颗粒得到均匀稳定的二氧化硅胶体晶体膜，紫外-可见透射图谱如图10所示，由上到下分别为实施例3制备得到的1-8层二氧化硅胶体晶体膜的透射图谱。透射峰的衰减程度可以一定程度表征实施例3所制备得到的胶体晶体的有序性良好，并且，随着沉积层数的增加，胶体晶体膜透射峰的衰减程度逐渐增大，表明实施例3所制备的胶体晶体随着层数增加其有序性增加，具有光子晶体结构的典型特征。
实施例4
实施方法同实施例1，与实施例1的区别在于使用改进法合成二氧化硅球形颗粒的方法中氨水的用量不同，为1.0M。制备得到的固体二氧化硅球形颗粒平均粒径为417nm。使用该粒径的二氧化硅球形颗粒得到均匀稳定的二氧化硅胶体晶体膜，紫外-可见透射图谱如图11所示，由上到下分别为实施4制备得到的1-8层二氧化硅胶体晶体膜的透射图谱。透射峰的衰减程度可以一定程度表征实施例4所制备得到的胶体晶体的有序性良好，并且，随着沉积层数的增加，胶体晶体膜透射峰的衰减程度逐渐增大，表明实施例4所制备的胶体晶体随着层数增加其有序性增加，具有光子晶体结构的典型特征。
实施例5
实施方法同实施例1，与实施例1的区别在于对固体二氧化硅球形颗粒改性的过程中，阳离子表面活性剂CTAB的浓度不同，为0.001mM。实验得到改性二氧化硅胶体晶体膜的SBI值为9.9，胶体悬浮液的ζ电位为-41.37mv。通过SBI值和胶体悬浮液的ζ电位值可以得出CTAB浓度为0.001mM时，透射峰衰减程度明显且二氧化硅颗粒间静电排斥力适中，说明用此浓度下CTAB改性后的二氧化硅球形颗粒形成的胶体晶体膜有序性良好。
本发明的保护内容不局限于以上实施例。在不背离发明构思的精神和范围下，本领域技术人员能够想到的变化和优点都被包括在本发明中，并且以所附的权利要求书为保护范围。

Claims (13)

1.一种气液界面法制备二氧化硅胶体晶体膜的方法，包括以下步骤：
(1)采用改进法制备单分散二氧化硅球形颗粒，将所述二氧化硅球形颗粒陈化并干燥后，得到固体二氧化硅球形颗粒；
(2)配制阳离子表面活性剂溶液，向其中加入步骤(1)制备的固体二氧化硅球形颗粒，得到表面改性的固体二氧化硅球形颗粒；
(3)将表面改性的固体二氧化硅球形颗粒加入分散剂中，配制成表面改性的固体二氧化硅球形颗粒的胶体悬浮液，将表面改性的固体二氧化硅球形颗粒的胶体悬浮液在空气-水界面上铺展形成一层膜，得到所述单层二氧化硅胶体晶体膜。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)中，所述改进法为：无水乙醇、氨水、水和TEOS进行反应，得到所述单分散二氧化硅球形颗粒。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述无水乙醇、氨水、超纯水、TEOS的摩尔比为10-15：0.5-3.0：5-15：0.1-0.5。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)中，所述单分散二氧化硅球形颗粒陈化的时间为24h。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)中，所述单分散二氧化硅球形颗粒干燥的温度为60℃，干燥时间为24h，并在真空条件下进行。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述阳离子表面活性剂为能减少二氧化硅表面羟基数量的阳离子表面活性剂或者硅烷偶联剂。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(2)中，所述阳离子表面活性剂溶液的浓度0.001-0.1mM。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(2)中，所述固体二氧化硅球形颗粒在阳离子表面活性剂溶液中的固含量为1wt％-2wt％。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(3)中，所述分散剂为选自甲醇、无水乙醇、丙醇、正丁醇。
10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(3)中，所述表面改性二氧化硅的胶体悬浮液的固含量为1wt％-2wt％。
11.一种根据权利要求1～10之任一项所述方法制备得到的二氧化硅胶体晶体膜。
12.一种装置，其特征在于，所述装置包括水槽(1)、水槽(1)内的底部有孔容器(2)、支撑底部有孔容器(2)的支撑部(7)和导管(5)；所述底部有孔容器(2)包括孔(4)、基板(3)和支撑所述基板(3)的支撑部(6)。
13.如权利要求12所述的装置在用于气液界面法制备二氧化硅胶体晶体膜中的应用。
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