專利名稱：納米金屬膜的亞微米非金屬微球及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種納米金屬膜的亞微米非金屬微球及其制備方法。
背景技術(shù)：
亞微米非金屬微球上包覆納米厚度金屬膜是一項具有重要應(yīng)用背景的技術(shù)。亞微米球體上包覆的納米顆粒銀的尺寸介于分子和塊體之間，因此表現(xiàn)出許多新穎的光學(xué)、電學(xué)和磁學(xué)性質(zhì)，在非線性光電感應(yīng)器、激光、光電化學(xué)催化、能源材料、高密度信息存儲等諸多方面都得到了廣泛的應(yīng)用。特別是由這種結(jié)構(gòu)構(gòu)成的周期性材料，即金屬基光子晶體，可以獲得完全光子帶隙，將成為信息技術(shù)的革命性材料。由于光子的帶寬寬、傳播速度快、彼此無相互作用、可并行處理等優(yōu)點，因此光子被公認為下一代的最佳信息載體。全光通訊、光子計算機將構(gòu)成未來的光子產(chǎn)業(yè)，而光子晶體是光子中的半導(dǎo)體，光子在其中起著類似于電子在半導(dǎo)體中的作用，對光通訊、微波通訊、光電子集成以及國防科技等領(lǐng)域?qū)a(chǎn)生重大影響。從二十世紀90年代中后期起，光子晶體由于巨大的科學(xué)價值和應(yīng)用前景，受到各國政府、軍方、學(xué)術(shù)機構(gòu)以及高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)界的高度重視。目前的鍍膜技術(shù)通常都是采用其它媒介的作用，從而不可避免地引入了雜質(zhì)，膜層的組成不純和微結(jié)構(gòu)均勻性差，影響了其光學(xué)性能，限制了其應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種納米金屬膜的亞微米非金屬微球及其制備方法法。
包覆納米金屬膜的亞微米非金屬微球具有亞微米非金屬微球，在亞微米非金屬微球外包覆納米金屬膜，亞微米非金屬微球的直徑為100～900nm，納米金屬膜的原料為金屬鹽0.01～2mol，絡(luò)合劑0.02～4mol，還原劑0.01～2mol，溶劑1～100mol，表面處理劑0.1～10mol。
納米金屬膜的亞微米非金屬微球制備方法的步驟為1)在超聲波振動下，于5～80℃下，在弱化的強堿表面處理劑中加入亞微米非金屬微球進行表面改性，時間為2～120分鐘；然后加入到金屬鹽、絡(luò)合劑、還原劑和溶劑組成的成核混合溶液中，調(diào)節(jié)pH值為6～12，進行初步反應(yīng)，反應(yīng)時間控制在10～120分鐘；2)將上述亞微米非金屬微球加入到金屬鹽、絡(luò)合劑、還原劑和溶劑組成的生長混合溶液中，在10～80℃的環(huán)境下靜置，經(jīng)過1～120小時后，制得納米金屬膜包覆的亞微米非金屬微球。
本發(fā)明與現(xiàn)有國內(nèi)外研究和采用的亞微米非金屬微球包覆納米金屬膜的方法和技術(shù)相比，具有以下突出優(yōu)點1)可根據(jù)濕化學(xué)反應(yīng)中金屬沉積反應(yīng)動力學(xué)特點，分別對反應(yīng)的不同步驟進行有效控制，可獲得納米級厚度的金屬薄膜。
2)在亞微米非金屬微球上獲得納米尺度的厚度可控且致密均勻的金屬層，且獲得的金屬包覆層的純度高，溶液中無雜質(zhì)。
3)適用材料范圍廣，亞微米非金屬材料均適用；適用的微球尺寸范圍廣，微球直徑可在100～900nm范圍。
4)工藝簡單，對設(shè)備要求不高，費用低廉。


附圖是300納米玻璃微球上包覆14納米厚銀膜的透射電鏡圖。其中右上角是局部放大圖，左下角是銀的粒徑分布圖。
具體實施例方式
上述成核混合溶液的摩爾組成為金屬鹽0.1～5mol，絡(luò)合劑0.2～4mol，還原劑0.1～2mol，溶劑1～100mol，表面處理劑0.1～10mol。生長混合溶液的摩爾組成為金屬鹽0.01～2mol，絡(luò)合劑0.02～4mol，還原劑0.01～2mol，溶劑1～100mol，表面處理劑0.1～10mol。
亞微米非金屬微球為無機玻璃微球，聚苯乙烯微球。金屬鹽為硝酸銀，四氯化金鈉；絡(luò)合劑為氨水、乙二胺四乙酸、硫酸氨、硫代硫酸氨。還原劑為甲醛，乙醛，酒石酸鈉，水合阱，硫脲，二甲胺硼烷；溶劑為甲醇，乙醇，異丙醇，異丁醇，去離子水；表面處理劑為氫氧化鈉，碳酸鈉，鹽酸，二氯化錫，去離子水。
本發(fā)明包括表面處理改性組分及其先驅(qū)物和工藝的設(shè)計與確定；亞微米非金屬微球包覆納米金屬膜的制備方法。
1)在超聲波振動下，于5～80℃下，在弱化的強堿表面處理劑中加入亞微米非金屬微球進行表面改性，時間為2～120分鐘；然后加入到金屬鹽、絡(luò)合劑、還原劑和溶劑組成的成核混合溶液中，調(diào)節(jié)pH值為6～12，進行初步反應(yīng)，反應(yīng)時間控制在10～120分鐘；
2)將上述亞微米非金屬微球加入到金屬鹽、絡(luò)合劑、還原劑和溶劑組成的生長混合溶液中，在10～80℃的環(huán)境下靜置，經(jīng)過1～120小時后，制得納米金屬膜包覆的亞微米非金屬微球。
實施實例10.05g 300納米的二氧化硅玻璃微球加入氫氧化鈉(0.2mol)、碳酸鈉(0.2±1mol)的乙醇-水(摩爾比0.5±0.3)混合溶液中反應(yīng)10～120分鐘。然后在超聲波振動下，于5～80℃下，加入鹽酸(0.1±0.3mol)、二氯化錫(0.3±0.3mol)，去離子水(50±10mol)的混合溶液中，時間為2～120分鐘。然后加入硝酸銀(0.2±0.1mol)、氨水(0.01±0.005mol)、甲醛(0.2±0.1mol)的乙醇-水(摩爾比0.5±0.3)混合溶液中，調(diào)節(jié)pH值為8～12。10～60分鐘后加入到硝酸銀(0.2±0.1mol)、氨水(0.01±0.005mol)、甲醛(0.2±0.1mol)的乙醇-水混合溶液(摩爾比0.5±0.3)組成的混合溶液中，在10～80℃的環(huán)境下靜置，經(jīng)過1～120小時后，制得約14納米厚金屬膜包覆的亞微米玻璃微球。
實施實例20.03g 100納米的二氧化硅玻璃微球加入氫氧化鈉(0.2mol)、碳酸鈉(0.2±1mol)的乙醇-水(摩爾比0.5±0.3)混合溶液中反應(yīng)10～120分鐘。然后在超聲波振動下，于5～80℃下，加入鹽酸(0.1±0.3mol)、二氯化錫(0.3±0.3mol)，去離子水(50±10mol)的混合溶液中，時間為2～120分鐘。然后加入硝酸銀(0.01±0.05mol)、氨水(0.01±0.005mol)、甲醛(0.01±0.05mol)的乙醇-水(摩爾比0.5±0.3)混合溶液中，調(diào)節(jié)pH值為6～12。10～60分鐘后加入到硝酸銀(0.05±0.05mol)、氨水(0.08±0.05mol)、甲醛(0.05±0.05mol)的乙醇-水混合溶液(摩爾比0.5±0.3)組成的混合溶液中，在10～50℃的環(huán)境下靜置，經(jīng)過1～120小時后，制得約5納米厚銀包覆的亞微米玻璃微球。
實施實例30.05g 600納米的聚苯乙烯微球在超聲波振動下，于20～30℃下，加入鹽酸(0.2±0.3mol)、二氯化錫(0.2±0.3mol)，去離子水(50±10mol)的混合溶液中，時間為2～120分鐘。然后加入硝酸銀(0.01±0.0051mol)、氨水(0.01±0.005mol)、甲醛(0.01±0.005mol)的乙醇-水(摩爾比0.5±0.3)中，調(diào)節(jié)pH值為8～11。10～60分鐘后加入到硝酸銀(0.01±0.005mol)、氨水(0.01±0.005mol)、甲醛(0.01±0.005mol)的乙醇-水混合溶液(摩爾比0.5±0.5)組成的混合溶液中，在10～80℃的環(huán)境下靜置，經(jīng)過1～120小時后，制得約5納米厚銀膜包覆的聚苯乙烯微球。
實施實例40.03g 600納米的聚苯乙烯微球在超聲波振動下，加入四氯化金鈉(0.5±0.4mol)、硫代硫酸氨(0.05±0.05mol)、氨水(0.1±0.1mol)、二甲胺硼烷(0.5±0.5mol)的乙醇-水(摩爾比0.5±0.5)中，調(diào)節(jié)pH值為7～10。10～60分鐘后加入到四氯化金鈉(0.05±0.05mol)、硫代硫酸氨(0.01±0.01mol)、氨水(0.05±0.05mol)、二甲胺硼烷(0.05±0.05mol)的乙醇-水(摩爾比0.5±0.5)中，在5～60℃的環(huán)境下靜置，經(jīng)過1～120小時后，制得約6納米厚金膜包覆的亞微米玻璃微球。
實施實例50.08g 800納米的聚苯乙烯微球在超聲波振動下，于5～80℃下，加入鹽酸(0.1±0.3mol)、二氯化錫(0.3±0.3mol)，去離子水(50±10mol)的混合溶液中，時間為2～120分鐘。然后加入四氯化金鈉(0.5±0.4mol)、硫代硫酸氨(0.5±0.5mol)、氨水(0.1±0.1mol)、二甲胺硼烷(0.5±0.5mol)的乙醇-水(摩爾比0.5±0.5)中，調(diào)節(jié)pH值為7～10。10～60分鐘后加入到四氯化金鈉(0.2±0.1mol)、硫代硫酸氨(0.1±0.01mol)、氨水(0.5±0.5mol)、二甲胺硼烷(0.2±0.2mol)的乙醇-水(摩爾比0.5±0.5)中，在5～60℃的環(huán)境下靜置，經(jīng)過1～120小時后，制得約20納米厚金膜包覆的聚苯乙烯微球。
權(quán)利要求
1.一種包覆納米金屬膜的亞微米非金屬微球，其特征在于它具有亞微米非金屬微球，在亞微米非金屬微球外包覆納米金屬膜，亞微米非金屬微球的直徑為100～900nm，納米金屬膜的原料為金屬鹽0.01～2mol，絡(luò)合劑0.02～4mol，還原劑0.01～2mol，溶劑1～100mol，表面處理劑0.1～10mol。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種包覆納米金屬膜的亞微米非金屬微球，其特征在于所說的亞微米非金屬微球為無機玻璃微球，聚苯乙烯微球。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種包覆納米金屬膜的亞微米非金屬微球，其特征在于所說的金屬鹽為硝酸銀，四氯化金鈉。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種包覆納米金屬膜的亞微米非金屬微球，其特征在于所說的絡(luò)合劑為氨水、乙二胺四乙酸、硫酸氨、硫代硫酸氨。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種包覆納米金屬膜的亞微米非金屬微球，其特征在于所說的還原劑為甲醛，乙醛，酒石酸鈉，水合阱，硫脲，二甲胺硼烷；溶劑為甲醇，乙醇，異丙醇，異丁醇，去離子水；表面處理劑為氫氧化鈉，碳酸鈉，鹽酸，二氯化錫，去離子水。
6.一種納米金屬膜的亞微米非金屬微球制備方法，其特征在于，它的步驟為1)在超聲波振動下，于5～80℃下，在弱化的強堿表面處理劑中加入亞微米非金屬微球進行表面改性，時間為2～120分鐘；然后加入到金屬鹽、絡(luò)合劑、還原劑和溶劑組成的成核混合溶液中，調(diào)節(jié)pH值為6～12，進行初步反應(yīng)，反應(yīng)時間控制在10～120分鐘；2)將上述亞微米非金屬微球加入到金屬鹽、絡(luò)合劑、還原劑和溶劑組成的生長混合溶液中，在10～80℃的環(huán)境下靜置，經(jīng)過1～120小時后，制得納米金屬膜包覆的亞微米非金屬微球。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種納米金屬膜的亞微米非金屬微球制備方法，其特征在于所說的成核混合溶液的摩爾組成為金屬鹽0.1～5mol，絡(luò)合劑0.2～4mol，還原劑0.1～2mol，溶劑1～100mol，表面處理劑0.1～10mol。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種納米金屬膜的亞微米非金屬微球制備方法，其特征在于所說的生長混合溶液的摩爾組成為金屬鹽0.01～2mol，絡(luò)合劑0.02～4mol，還原劑0.01～2mol，溶劑1～100mol，表面處理劑0.1～10mol。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種納米金屬膜的亞微米非金屬微球的制備方法，其特征在于所說的亞微米非金屬微球為無機玻璃微球，聚苯乙烯微球。金屬鹽為硝酸銀，四氯化金鈉；絡(luò)合劑為氨水、乙二胺四乙酸、硫酸氨、硫代硫酸氨。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種納米金屬膜的亞微米非金屬微球，其特征在于所說的還原劑為甲醛，乙醛，酒石酸鈉，水合阱，硫脲，二甲胺硼烷；溶劑為甲醇，乙醇，異丙醇，異丁醇，去離子水；表面處理劑為氫氧化鈉，碳酸鈉，鹽酸，二氯化錫，去離子水。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種納米金屬膜的亞微米非金屬微球及其制備方法。屬于納米殼層材料及其制備技術(shù)。本發(fā)明金屬膜包覆微球的核為亞微米玻璃微球和聚苯乙烯微球，包覆層為5～20納米厚度的金或者銀。制備方法采用濕化學(xué)法，將亞微米微球在由金屬鹽、絡(luò)合劑、還原劑和溶劑組成的成核混合溶液中控制成核過程，而后在由金屬鹽、絡(luò)合劑、還原劑和溶劑組成的生長混合溶液中生長膜厚可控的納米金屬包覆層。本發(fā)明具有可根據(jù)濕化學(xué)反應(yīng)中金屬沉積反應(yīng)動力學(xué)特點對反應(yīng)的不同步驟進行有效控制、金屬層厚度可控且致密均勻、獲得的金屬包覆層的純度高、無雜質(zhì)、工藝簡單、費用低廉等特點。
文檔編號C23C18/31GK1475601SQ0314160
公開日2004年2月18日 申請日期2003年7月10日 優(yōu)先權(quán)日2003年7月10日
發(fā)明者王民權(quán), 祝名偉, 錢國棟, 王智宇, 樊先平 申請人:浙江大學(xué)