CN110985319A - 基于g-C3N4/MnO2光/化学驱动微型马达的制备方法 - Google Patents

基于g-C3N4/MnO2光/化学驱动微型马达的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种以木棉纤维为模板制备g‑C3N4/MnO2光/化学驱动微型马达的方法，其以木棉纤维作为模板，同时负载g‑C3N4和MnO2，制备得到g‑C3N4/MnO2光/化学驱动微型马达，其能通过光和化学驱动，保证微型马达续航能力，当其中一种驱动方式停止时，可以通过另一种驱动方式使得微型马达继续运动；本发明使用木棉纤维作为模板，不受人们重视，易获取，成本低廉，在环保领域有潜在的应用价值。

Description

基于g-C3N4/MnO2光/化学驱动微型马达的制备方法
技术领域
本发明属于微型马达技术领域，具体涉及一种以木棉纤维为模板制备g-C3N4/MnO2光/化学驱动微型马达的方法。
背景技术
微纳马达是一种在微纳尺度下能将化学能、光能和电能等其他形式能转化为动能或驱动力推动自身运动的装置。作为微纳机电系统中的动力装置，微纳马达可对输入的能量进行转化用以实现特定的运动，如螺旋运动和直线运动等。由于具有重量轻、体积小和推力大等特点，微纳马达在传感检测、微纳加工和环境治理等方面表现出突出的优势，特别是在生物医疗领域具有巨大应用前景。
微纳马达是一种能将光能、电能、化学能以及其他形式能转化为机械能来推动自身运动的装置，其尺寸大小一般在几纳米到几十微米之间。根据驱动方式的不同，微纳马达可分为以下五类：化学驱动微纳马达、磁场驱动微纳马达、电场驱动微纳马达、光驱动微纳马达和超声场驱动微纳马达。
木棉纤维是单细胞天然纤维素纤维。木棉纤维具有非常薄的细胞壁，具有充满空气的巨大中空区域，因此具有大的比表面积，并且便宜，环保，并且具有大规模生产的可能性。MnO2用作催化剂以产生气泡推力驱动。MnO2不仅是片状结构，而且还具有优异的生物相容性，可以改善微电机的比表面积。 g-C3N4不需要紫外光仅在普通可见光下就能起到光催化作用，稳定无毒无污染，且易制备。
目前，关于g-C3N4和MnO2的相关报道很多，但是采用木棉纤维作为生物模板，来负载g-C3N4和MnO2做微型马达的报道目前还没有看到。
发明内容
本发明的目的是提供一种以木棉纤维为模板制备g-C3N4/MnO2光/化学驱动微型马达的方法，其以低廉易得的木棉纤维作为模板，同时负载g-C3N4和MnO2，制备得到微型马达，其能通过光和化学驱动，保证微型马达续航能力，当其中一种驱动方式停止时，可以通过另一种驱动方式使得微型马达继续运动。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种以木棉纤维为模板制备g-C3N4/MnO2光/化学驱动微型马达的方法，包括以下步骤：
（1）将木棉纤维浸泡在高锰酸钾溶液中，浸泡时间为24-72h；
（2）将步骤（1）处理后的木棉纤维清洗干燥；
（3）将样品浸泡在氰胺溶液中，待吸附饱和后取出进行冷冻干燥。
（4）将步骤（3）样品在氮气保护下进行煅烧获得g-C3N4/MnO2光/化学驱动微型马达。
进一步地， 步骤（1）中所述木棉纤维浸泡在高锰酸钾溶液，浓度分别为1mol/L；
进一步地，步骤（2）中清洗方式为离心清洗；
进一步地，步骤（2）中干燥温度为60℃，干燥时间为48-72h；
进一步地，步骤（3）中氰胺溶液（1：1）；
进一步地，步骤（4）中烧结温度为550℃，烧结时间为5h。
由上述方法制得的g-C3N4/MnO2光/化学驱动微型马达，其具有优良的续航能力，在环保领域潜在的应用价值。
与现有技术相比，本发明的主要优点：本发明制备的原料普通易得，价格低廉，制备过程简单，绿色环保。在制备合成过程中，先将MnO2均匀的分布在木棉纤维的碳管上，然后再负载g-C3N4，从而得到基于g-C3N4/MnO2光/化学驱动微型马达，其具有优良的续航能力，在环保领域有潜在的应用价值。
说明书附图
图1为负载MnO2的SEM图；
图2为微型马达的SEM图；
图3为微型马达的EDS图。
具体实施方式
为了使本发明所述的内容更加便于理解，以下实例将对本发明做进一步说明，但并非用以限制本发明的范围。
实施例1
配置1mol/L高锰酸钾溶液取30mL，放入木棉纤维浸泡48h，将产物用高速离心机在3000rpm的转速下离心5 min，用去离子水清洗，放入烘箱69℃干燥。后将干燥的样品浸泡氰胺溶液（取10mL氰胺溶混合在10mL去离子水中），待饱和吸收后，取去进行冷冻干燥。后将样品放入管式炉在氮气保护下，以2℃/min升温到550℃，保温5h，自然冷却至室温，取出得到g-C3N4/MnO2光/化学驱动微型马达。
对上述实施例1所得g-C3N4/MnO2光/化学驱动微型马达采用扫描电子显微镜（SEM）、能量色散X射线光谱仪(EDS)等仪器对产物进行分析。
图1为负载MnO2得木棉纤维的SEM图，可以看出，碳管表面长着许多MnO2颗粒。
图2为g-C3N4/MnO2光/化学驱动微型马达的SEM图。可以看出，碳管外表面都是g-C3N4。
图3为g-C3N4/MnO2光/化学驱动微型马达得EDS图。证实了微型马达内C，N，Mn和O的存在和均匀分布。
虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是熟悉本技术领域的技术人员应当理解，我们所描述的具体的实施例只是说明性的，而不是用于对本发明的范围的限定，熟悉本领域的技术人员在依照本发明的精神所作的等效的修饰以及变化，都应当涵盖在本发明的权利要求所保护的范围内。

Claims (6)

1.一种基于g-C3N4/MnO2光/化学驱动微型马达的制备方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：
（1）将木棉纤维浸泡在高锰酸钾水溶液中，浸泡时间为24-72h；
（2）将步骤（1）处理后的木棉纤维清洗干燥;
（3）将样品浸泡在氰胺水溶液中，待吸附饱和后取出进行冷冻干燥;
（4）将步骤（3）样品在氮气保护下进行煅烧获得g-C3N4/MnO2光/化学驱动微型马达。
2.根据权利要求1所述的基于g-C3N4/MnO2光/化学驱动微型马达的制备方法，其特征在于：步骤（1）中所述高锰酸钾水溶液浓度为 1mol/L。
3.根据权利要求1所述的基于g-C3N4/MnO2光/化学驱动微型马达的制备方法，其特征在于：步骤（2）中清洗方式为离心清洗。
4.根据权利要求1所述的基于g-C3N4/MnO2光/化学驱动微型马达的制备方法，其特征在于：步骤（2）中干燥温度为60℃，干燥时间为48-72h。
5.根据权利要求1所述的基于g-C3N4/MnO2光/化学驱动微型马达的制备方法，其特征在于：步骤（3）中氰胺水溶液为氰胺和水以1:1的体积比混合得到。
6.根据权利要求1所述的基于g-C3N4/MnO2光/化学驱动微型马达的制备方法，其特征在于：步骤（3）中烧结温度为550℃，烧结时间为5h。
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