CN107584112A - 一种镓纳米棒的制备方法及其做为纳米马达的应用 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种镓纳米棒的制备方法及其做为纳米马达的应用，本发明按照1g液态金属镓对应20mL分散介质投料，分散介质为去离子水与异丙醇的混合物，使用探头式超声破碎仪进行超声破碎，超声功率控制在800～1000W，时间为3～6h，期间注意补充因超声空化损失的分散剂；超声结束后，将获得的分散系静置10～14h，使其充分老化；将老化后的分散系在1000*G下离心3min，取上清液，上清液中即包含制备的镓液态金属纳米棒；制备得到液态金属纳米棒后，在局部光照下，可在分散系中进行可控聚集，获得具有图案化的群体行为的光响应的微纳米马达。本发明的优点在于制备快速、方便，且获得的粒子可以作为有光热效应的微纳米马达使用，具有较好的应用前景。

Description

一种镓纳米棒的制备方法及其做为纳米马达的应用
技术领域
本发明涉及一种镓纳米棒的制备方法及其做为纳米马达的应用，属于镓纳米棒的制备方法及其作为纳米马达的应用技术领域。
背景技术
镓元素具有熔点低，在室温下易呈现液态的特点。作为继汞之后受到大量关注的液态金属，镓元素具有低毒性、熔点低而沸点高因而不容易汽化等优点，吸引了纳米科学研究人员的关注。大部分金属都具有良好的光热效应，如果能够实现在光引导下的可控液态金属纳米粒子的聚集，将对光热治疗等一系列课题提示新的研究方向和思路。因此，利用超声场下物理分散可以制备较小纳米粒子的优点，采用超声破碎制备尺度较小的液态金属纳米棒，并探索其作为光响应的人造微纳米马达的应用。
发明内容
本发明的目的是为了解决上述背景技术提出的问题，进而提供一种镓纳米棒的制备方法及其做为纳米马达的应用。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种镓纳米棒的制备方法，步骤如下，
步骤一、按照1g液态金属镓对应20mL分散介质投料，分散介质为去离子水、异丙醇和稳定剂的混合物；
步骤二、使用探头式超声破碎仪对步骤一的物料进行超声破碎，超声功率控制在800～1000W，时间为3～6h，期间注意补充因超声空化损失的分散剂；
步骤三、超声结束后，将获得的分散系静置10～14h，使其充分老化；
步骤四、将老化后的分散系在1000*G条件下离心2～4min，取上清液，上清液中即包含制备的镓液态金属纳米棒，镓液态金属纳米棒的直径为80～200nm，长度为0.75～1.5μm。
步骤一中，所述的去离子水与异丙醇的体积比是9:1。
步骤一中，所述的稳定剂为巯基丙酸或柠檬酸钠，在混合物中的浓度为0.002mol/L。
步骤二中，所述超声功率控制在800W，时间为6h。
步骤二中，所述超声功率控制在900W，时间为5h。
步骤二中，所述超声功率控制在1000W，时间为3h。
步骤三中，所述超声结束后，将获得的分散系静置11h。
步骤三中，所述超声结束后，将获得的分散系静置12h。
步骤四中，将老化后的分散系在1000*G条件下离心3min。
镓纳米棒做为纳米马达的应用，将纳米马达放入分散介质中，在有基质辅助的光照下，利用镓金属的光热效应产生可控聚集，获得具有图案化的群体行为的光响应的微纳米马达。
其中辅助基质的制备方法，由以下步骤实现：
步骤一、配置浓度为5mg/mL的海藻酸钠溶液，并在其中掺杂市售的纳米二硫化钼颗粒，掺杂浓度为0.02mg/mL；
步骤二、取步骤一中配制的溶液5mL，向其中加入5mol/L的氯化钙溶液0.2mL，并将该溶液摇匀后铺展在洁净载玻片上；
步骤三、静置，待表面凝胶固化，即制备了海藻酸钙水凝胶层，作为辅助基质使用。
本发明中马达的运动原理是：镓纳米棒在受到光照的条件下，会吸收光子并转化为向周围传播的热量，进而带动周围的分散介质运动，促使纳米马达向光照区域聚集。
本发明的优点在于制备快速、方便，且获得的粒子可以作为有光热效应的微纳米马达使用，具有广阔的应用前景。
附图说明
图1为采用镓金属制备的液态金属纳米棒的扫描电镜照片，标尺3μm。
图2为采用镓金属制备的液态金属纳米棒的透射电镜照片，标尺1μm。
图3为制备的镓金属纳米棒的紫外-可见-近红外吸收光谱曲线图。
图4为液态金属纳米马达在点光源下聚集形成图案的对比照片：左侧为聚集前照片；右侧为聚集后照片，照片中央深色区域为液态金属纳米马达聚集区域。标尺 500μm。
具体实施方式
下面将对本发明做进一步的详细说明：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式，但本发明的保护范围不限于下述实施例。
实施例1
本实例中采用的分散介质为去离子水与异丙醇的混合物，去离子水与异丙醇的体积比是9:1，采用的稳定剂是巯基丙酸，浓度为0.002mol/L，制备所用仪器为超声破碎仪。
将纯镓与混合分散剂按照1g液态金属对应20mL分散介质放入烧杯中，880W功率下超声破碎4h，超声结束后，静置12h，1000*G条件下离心3min，取上清液保存。
制备的纳米棒长度0.8～1.1μm，直径约100nm。
实施例2
本实例中采用的分散介质为去离子水与异丙醇的混合物，去离子水与异丙醇的体积比是9:1，采用的稳定剂是巯基丙酸，浓度为0.005mol/L，制备所用仪器为超声破碎仪。
将镓铟合金与混合分散剂按照1g液态金属对应20mL分散介质放入烧杯中，900W功率下超声破碎6h，超声结束后，静置12h，1000*G条件下离心3min，取上清液保存。
制备的纳米棒长度0.75～1.2μm，直径约150nm。
实施例3
本实例中采用的分散介质为去离子水，采用的稳定剂是柠檬酸钠，浓度为0.002mol/L，制备所用仪器为超声破碎仪。
将纯镓与混合分散剂按照1g液态金属对应20mL分散介质放入烧杯中，930W功率下超声破碎4h，超声结束后，静置12h，1000*G条件下离心3min，取上清液保存。
制备的纳米棒长度1～1.2μm，直径约130nm。
实施例4
本实例中采用的分散介质为去离子水，采用的稳定剂是柠檬酸钠，浓度为0.005mol/L，制备所用仪器为超声破碎仪。
将纯镓与混合分散剂按照1g液态金属对应20mL分散介质放入烧杯中，960W功率下超声破碎4h，超声结束后，静置12h，1000*G条件下离心3min，取上清液保存。
制备的纳米棒长度1.3～1.5μm，直径约160nm。
实施例5
液态金属纳米棒结构的评价方法和结果。
如图1和图2所示，使用扫描电子显微镜(FEI Quanta 200F,USA)和透射电子显微镜(Hitachi H-7650,Japan)表征制备的镓纳米棒的形貌，观察发现，制备的纳米棒普遍呈圆柱形，扫描电镜二次电子模式下能观察到侧面的曲面形貌，单根纳米棒的各部分直径基本一致；纳米棒的长度为0.75～1.5μm，直径为80～200nm。
实施例6
本实施例验证了镓液态金属纳米棒的光热效应。
使用紫外-可见-近红外分光光度计(Hitachi U-4100,Japan)测试制备的液态金属纳米棒的吸光度，发现液态金属纳米棒在1200～300nm的波段内有全波长吸收(如图3所示)，表明液态金属纳米马达有较好的光-热转换效果。
实施例7
本实施例验证了光热驱动的液态金属纳米马达的可控聚集性。
实施例中(如图4所示)，将液态金属纳米马达分散在超纯水中，使分散系铺展在预先组装了基质的载玻片上；预先组装的基质为掺杂二硫化钼的海藻酸钙水凝胶。使用光学显微镜系统(Olympus BX-53,Japan)观察并记录液态金属纳米马达的运动情况，其中该显微镜系统集成了可聚焦的明场光源。使用该明场光源照射观察视野的中央局部，在持续照射30min后，可以观察到在视野中央发生了显著的液态金属纳米马达的聚集，而无额外光照区域无明显变化。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，这些具体实施方式都是基于本发明整体构思下的不同实现方式，而且本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种镓纳米棒的制备方法，其特征在于，
步骤一、按照1g液态金属镓对应20mL分散介质投料，分散介质为去离子水、异丙醇和稳定剂的混合物；
步骤二、使用探头式超声破碎仪对步骤一的物料进行超声破碎，超声功率控制在800～1000W，时间为3～6h；
步骤三、超声结束后，将获得的分散系静置10～14h，使其充分老化；
步骤四、将老化后的分散系在1000*G条件下离心2～4min，取上清液，上清液中即包含制备的镓液态金属纳米棒，镓液态金属纳米棒的直径为80～200nm，长度为0.75～1.5μm。
2.根据权利要求1所述的镓纳米棒的制备方法，其特征在于，步骤一中，所述的去离子水与异丙醇的体积比是9:1。
3.根据权利要求1所述的镓纳米棒的制备方法，其特征在于，步骤一中，所述的稳定剂为巯基丙酸或柠檬酸钠，在混合物中的浓度为0.002mol/L。
4.根据权利要求1所述的镓纳米棒的制备方法，其特征在于，步骤二中，所述超声功率控制在800W，时间为6h。
5.根据权利要求1所述的镓纳米棒的制备方法，其特征在于，步骤二中，所述超声功率控制在900W，时间为5h。
6.根据权利要求1所述的镓纳米棒的制备方法，其特征在于，步骤二中，所述超声功率控制在1000W，时间为3h。
7.根据权利要求1所述的镓纳米棒的制备方法，其特征在于，步骤三中，所述超声结束后，将获得的分散系静置11h。
8.根据权利要求1所述的镓纳米棒的制备方法，其特征在于，步骤三中，所述超声结束后，将获得的分散系静置12h。
9.根据权利要求1所述的镓纳米棒的制备方法，其特征在于，步骤四中，将老化后的分散系在1000*G条件下离心3min。
10.镓纳米棒做为纳米马达的应用，其特征在于，将权利要求1～9任一权利要求制备的镓纳米棒放入分散介质中，在有基质辅助的光照下，利用镓金属的光热效应产生可控聚集，获得具有图案化的群体行为的光响应的微纳米马达。
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