專利名稱：納米半導(dǎo)體粒子增強(qiáng)蛋膜纖維基復(fù)合材料的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種納米半導(dǎo)體粒子增強(qiáng)蛋膜纖維基復(fù)合材料的制備方法，具體是采用蛋膜作基體材料，利用其精細(xì)的網(wǎng)織結(jié)構(gòu)作載體合成納米級(jí)半導(dǎo)體材料，最終得到納米半導(dǎo)體粒子增強(qiáng)蛋膜纖維的無(wú)機(jī)-有機(jī)功能性復(fù)合材料，屬于先進(jìn)復(fù)合材料技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
無(wú)機(jī)-有機(jī)功能性納米復(fù)合材料一直是材料科學(xué)研究的熱點(diǎn)，它的發(fā)展迎合了21世紀(jì)信息、生物技術(shù)、能源、環(huán)境、先進(jìn)制造技術(shù)和國(guó)防的高速發(fā)展對(duì)材料提出的新需求，在材料的小型化、智能化、元件的高集成、高密度存儲(chǔ)和超快傳輸?shù)确较蛴芯薮蟮膽?yīng)用價(jià)值。功能性復(fù)合材料具有良好的加工成型性能，易于被加工成波導(dǎo)、光纖、紅外探測(cè)、生物標(biāo)簽、磁記錄、分子篩等器件?，F(xiàn)在有多種制備復(fù)合材料的方法，如溶膠-凝膠法、包裹聚合法、原位生成法、模板法、插層聚合、機(jī)械混合法等等，但是這些合成技術(shù)存在不少弊端，制約了功能性納米復(fù)合材料技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，如合成工藝復(fù)雜，成本高，所制得的粒子粒徑分布寬，形狀不規(guī)則，大小不易控制，納米粒子與基體不能很好匹配，增強(qiáng)體的增強(qiáng)效應(yīng)不明顯。因此開(kāi)發(fā)新型經(jīng)濟(jì)、簡(jiǎn)易優(yōu)化的制備技術(shù)成為解決該項(xiàng)難題的首選方向。
經(jīng)文獻(xiàn)檢索發(fā)現(xiàn)，已經(jīng)有很多圍繞納米粒子增強(qiáng)纖維基復(fù)合材料的制備方法的報(bào)道。如中國(guó)專利200410084568，名稱為“納米半導(dǎo)體引發(fā)制備聚合物/無(wú)機(jī)納米復(fù)合材料粉體的方法”，該專利的技術(shù)特點(diǎn)在于采用光輻射激發(fā)光催化性納米半導(dǎo)體，引發(fā)單體聚合，使單體在納米顆粒表面或近表面區(qū)域聚合，形成聚合物/無(wú)機(jī)納米復(fù)合材料粉體。該技術(shù)形成的基體同無(wú)機(jī)粒子之間的結(jié)合力分布不均勻，以致影響復(fù)合材料的整體性能效果，另外工藝過(guò)程復(fù)雜又增加工業(yè)生產(chǎn)的成本和技術(shù)難度。還有專利號(hào)為200510028873，名稱為“一種燒結(jié)微纖結(jié)構(gòu)化微米尺度顆粒的多孔復(fù)合材料及制造方法”，該專利的技術(shù)特點(diǎn)是利用微米顆粒對(duì)氧化物微纖的增強(qiáng)作用，首先通過(guò)對(duì)微纖結(jié)合點(diǎn)的燒結(jié)形成三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，微米顆粒被束縛在呈三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的微纖中來(lái)制得增強(qiáng)型多孔復(fù)合材料，但燒結(jié)過(guò)程會(huì)使增強(qiáng)體顆粒尺寸變大，在基體中分布不均勻，且工藝控制復(fù)雜，復(fù)合材料的性能發(fā)揮受到局限。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，設(shè)計(jì)提供一種納米半導(dǎo)體粒子增強(qiáng)蛋膜纖維基復(fù)合材料的制備方法，工藝簡(jiǎn)單，制得的納米粒子增強(qiáng)生物纖維基復(fù)合材料成本低廉、綠色環(huán)保，在電子通訊、核技術(shù)、冶金、生物檢測(cè)和標(biāo)記等領(lǐng)域具有重大的應(yīng)用價(jià)值。
為實(shí)現(xiàn)這一目的，本發(fā)明基于生物擬態(tài)合成技術(shù)，選用來(lái)源廣泛的具有精細(xì)網(wǎng)織結(jié)構(gòu)和豐富化學(xué)組成的生物廢料雞蛋蛋膜作為基體材料，先后將其在一定濃度的金屬鹽溶液和硒源或硫源溶液中進(jìn)行浸漬處理，通過(guò)對(duì)浸漬液濃度，反應(yīng)時(shí)間和浸漬次數(shù)的調(diào)節(jié)來(lái)控制半導(dǎo)體納米顆粒的形貌，大小及在基體上的分布情況，得到納米半導(dǎo)體粒子增強(qiáng)蛋膜纖維基復(fù)合材料。
本發(fā)明的方法具體步驟如下1、選擇普通禽類蛋殼，用水沖洗干凈后，在1-6mol/L的酸溶液中浸泡0.5-2小時(shí)分離出蛋膜，充分漂洗后在室溫下鼓風(fēng)干燥。
2、配制0.03-0.05mol/L的硒源溶液或硫源溶液，配制0.03-0.05mol/L的金屬鹽溶液，并調(diào)節(jié)這兩種溶液的pH值為2-13，分別作為浸漬液。
3、將蛋膜先浸入上述金屬鹽浸漬液中浸泡10-12小時(shí)，取出用去離子水充分漂洗，進(jìn)而投放到硒源或者硫源浸漬液中浸泡9-10小時(shí)。
4、依照以上步驟3的浸漬次序進(jìn)行二次浸泡處理，每步浸漬時(shí)間均控制在1-3小時(shí)，取出洗凈干燥，即得納米半導(dǎo)體粒子增強(qiáng)蛋膜纖維基復(fù)合材料。
本發(fā)明所述的酸溶液，尤指鹽酸(HCl)、硝酸(HNO3)、醋酸(HAc)中的一種或者幾種。而且可以通過(guò)機(jī)械法進(jìn)行大量生產(chǎn)蛋膜以實(shí)現(xiàn)此過(guò)程工業(yè)化。
本發(fā)明步驟1中所述的酸溶液濃度和浸泡時(shí)間按照實(shí)際生產(chǎn)需要選取，以脫膜為目的。
本發(fā)明步驟2所述選取的金屬鹽溶液主要為醋酸鉛(Pb(Ac)2)、氯化鎘(CdCl2)、醋酸鋅(Zn(Ac)2)、硝酸鋅(Zn(NO3)2)；pH值的調(diào)節(jié)主要使用稀醋酸、氫氧化鈉(NaOH)、稀氨水中的一種或者幾種溶液，且pH值范圍依據(jù)所用的金屬鹽的種類而定。對(duì)于醋酸鉛溶液可用稀醋酸調(diào)節(jié)pH在2-3的范圍內(nèi)，對(duì)于鎘鹽和鋅鹽溶液可用稀氨水或氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié)pH值在12-13的范圍內(nèi)。pH的調(diào)節(jié)主要是為了和金屬離子形成穩(wěn)定的絡(luò)合物，以便于更加容易快捷的結(jié)合到蛋膜上，并通過(guò)和蛋膜表面的大分子官能團(tuán)作用和這種生物機(jī)體緊密結(jié)合。
本發(fā)明步驟2所述選取的硒源溶液為硒代硫酸鈉(Na2SeSO3)溶液，選取的硫源為硫化鈉(Na2S)溶液、硫代硫酸鈉(Na2S2O3)溶液。
本發(fā)明步驟4所述的二次浸泡時(shí)間以基體蛋膜的顏色變化來(lái)定。對(duì)于硒化鉛/蛋膜復(fù)合材料來(lái)說(shuō)，反應(yīng)結(jié)束后蛋膜顏色從白色變?yōu)榛疑蛘吆谏?；?duì)于硒化鎘/蛋膜復(fù)合材料來(lái)講，蛋膜變成紅棕色或者黑色；對(duì)于硫化鉛/蛋膜，硫化鎘/蛋膜復(fù)合材料，蛋膜變成淺黃色或者亮黃色。浸泡時(shí)間越長(zhǎng)，納米粒子的含量越高，蛋膜顏色越深。
本發(fā)明具有實(shí)質(zhì)性特點(diǎn)和顯著進(jìn)步。本發(fā)明利用蛋膜機(jī)體空間網(wǎng)織結(jié)構(gòu)和官能團(tuán)活性作用，使納米半導(dǎo)體粒子在蛋膜纖維上均勻分布，而且通過(guò)改變反應(yīng)物濃度和浸泡時(shí)間產(chǎn)生三種形態(tài)的顆粒，分別是單分散顆粒狀、納米團(tuán)簇狀和納米方塊狀，其中單分散的顆粒大小不超過(guò)8nm，納米團(tuán)簇不超過(guò)25nm，納米方塊不超過(guò)35nm。
本發(fā)明制得的納米半導(dǎo)體粒子增強(qiáng)蛋膜纖維基復(fù)合材料不僅可以獲得明顯增強(qiáng)的功能特性，改善材料的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和可處理性，還可以通過(guò)靈活調(diào)節(jié)復(fù)合材料的組成和納米半導(dǎo)體粒子在蛋膜基體中的尺寸大小與分布狀況來(lái)獲得所需要的獨(dú)特物理化學(xué)性能；而且這種方法簡(jiǎn)便易行、制造成本低且綠色環(huán)保，有效地解決了以往制備技術(shù)工藝復(fù)雜、成本高和材料回收處理困難等瓶頸問(wèn)題，為利用生物擬態(tài)工藝制備新型功能復(fù)合材料提供了技術(shù)指導(dǎo)。本發(fā)明制備的復(fù)合材料在電子通訊、核技術(shù)、冶金、生物檢測(cè)和標(biāo)記等領(lǐng)域具有重大的現(xiàn)實(shí)意義和潛在的應(yīng)用價(jià)值。而且通過(guò)控制反應(yīng)時(shí)間、浸泡次數(shù)、金屬鹽溶液濃度、硒源或硫源溶液濃度等反應(yīng)條件來(lái)調(diào)節(jié)半導(dǎo)體粒子的尺寸大小和分布情況，這種復(fù)合材料在發(fā)光二極管、濾波材料、電光材料、光熱彈、非線性光學(xué)材料等光學(xué)器件方面具有廣闊的應(yīng)用前景。對(duì)于使用后的制品廢棄物，可通過(guò)生物降解技術(shù)進(jìn)行處理。
具體實(shí)施例方式
以下結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步描述。以下實(shí)施例不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的限定。
實(shí)施例1把雞蛋蛋殼用去離子水沖洗干凈，浸在1mol/L的鹽酸中1小時(shí)分離出蛋膜并清洗干凈后，室溫真空干燥保存。配制5ml 0.05mol/L的醋酸鉛溶液，用30ml的2mol/L的醋酸溶液調(diào)配其pH值在3左右，把蛋膜在此混合液中浸漬12小時(shí)。然后取出用去離子水充分漂洗三次后，進(jìn)而投放到配制好的0.05mol/L的新制備硒代硫酸鈉溶液中，室溫下浸泡10小時(shí)。依照以上浸漬次序進(jìn)行二次浸泡處理，每步浸漬時(shí)間均控制在3小時(shí)，取出洗凈干燥后即得納米半導(dǎo)體硒化鉛粒子增強(qiáng)蛋膜纖維基復(fù)合材料。
實(shí)施例2把雞蛋蛋殼用去離子水沖洗干凈，浸在6mol/L的醋酸中2小時(shí)分離出蛋膜并清洗干凈后，室溫真空干燥保存。配制5ml 0.05mol/L醋酸鉛溶液，用40ml 3mol/L的醋酸溶液調(diào)配其pH值在2左右，把蛋膜在此混合液中浸漬11小時(shí)。然后取出用去離子水充分漂洗三次后，進(jìn)而投放到配制好的0.05mol/L的硫化鈉溶液中，室溫下浸泡9小時(shí)。依照以上浸漬次序進(jìn)行二次浸泡處理，每步浸漬時(shí)間均控制在1.5小時(shí)，取出洗凈干燥后即得納米半導(dǎo)體硫化鉛粒子增強(qiáng)蛋膜纖維基復(fù)合材料。
實(shí)施例3把雞蛋蛋殼用去離子水沖洗干凈，浸在1.5mol/L的硝酸中1小時(shí)分離出蛋膜并清洗干凈后，室溫真空干燥保存。配制5ml 0.03mol/L的氯化鎘溶液，用40ml 2mol/L的氨水溶液調(diào)配其pH值在13左右，然后把蛋膜在此混合液中浸漬10小時(shí)。然后取出用去離子水充分漂洗四次后，進(jìn)而投放到配制好的0.03mol/L的硫化鈉溶液中，室溫下浸泡9小時(shí)。依照以上浸漬次序進(jìn)行二次浸泡處理，每步浸漬時(shí)間均控制在1小時(shí)，取出洗凈干燥后即得納米半導(dǎo)體硫化鎘粒子增強(qiáng)蛋膜纖維基復(fù)合材料。
實(shí)施例4把雞蛋蛋殼用去離子水沖洗干凈，浸在1mol/L的鹽酸中1小時(shí)分離出蛋膜并清洗干凈后，室溫真空干燥保存。配制5ml 0.03mol/L的氯化鎘溶液，用30ml 2mol/L的氨水溶液調(diào)配其pH值在12左右，然后把蛋膜在此混合液中浸漬11小時(shí)。然后取出用去離子水充分漂洗四次后，進(jìn)而投放到配制好的0.03mol/L的新制備硒代硫酸鈉溶液中，室溫下浸泡10小時(shí)。依照以上浸漬次序進(jìn)行二次浸泡處理，每步浸漬時(shí)間均控制在2小時(shí)，取出洗凈干燥后即得納米半導(dǎo)體硒化鎘粒子增強(qiáng)蛋膜纖維基復(fù)合材料。
權(quán)利要求
1.一種納米半導(dǎo)體粒子增強(qiáng)蛋膜纖維基復(fù)合材料的制備方法，其特征在于包括如下具體步驟1)選擇普通禽類蛋殼，用水沖洗干凈后，在1-6mol/L的酸溶液中浸泡0.5-2小時(shí)分離出蛋膜，充分漂洗后在室溫下鼓風(fēng)干燥；2)配制0.03-0.05mol/L的硒源溶液或硫源溶液，配制0.03-0.05mol/L的金屬鹽溶液，并調(diào)節(jié)這兩種溶液的pH值為2-13，分別作為浸漬液；3)將蛋膜先浸入上述金屬鹽浸漬液中浸泡10-12小時(shí)，取出用去離子水充分漂洗，進(jìn)而投放到硒源或者硫源浸漬液中浸泡9-10小時(shí)；4)依照以上步驟3的浸漬次序進(jìn)行二次浸泡處理，每步浸漬時(shí)間均控制在1-3小時(shí)，取出洗凈干燥，即得納米半導(dǎo)體粒子增強(qiáng)蛋膜纖維基復(fù)合材料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的納米半導(dǎo)體粒子增強(qiáng)蛋膜纖維基復(fù)合材料的制備方法，其特征在于所述酸溶液為鹽酸、硝酸、醋酸中的一種或者幾種。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的納米半導(dǎo)體粒子增強(qiáng)蛋膜纖維基復(fù)合材料的制備方法，其特征在于所述金屬鹽溶液為醋酸鉛、氯化鎘、醋酸鋅或硝酸鋅；對(duì)于醋酸鉛溶液，用稀醋酸調(diào)節(jié)pH在2-3的范圍內(nèi)，對(duì)于鎘鹽和鋅鹽溶液，用稀氨水或氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié)pH值在12-13的范圍內(nèi)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的納米半導(dǎo)體粒子增強(qiáng)蛋膜纖維基復(fù)合材料的制備方法，其特征在于所述硒源溶液為硒代硫酸鈉溶液，所述硫源溶液為硫化鈉溶液或硫代硫酸鈉溶液。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種納米半導(dǎo)體粒子增強(qiáng)蛋膜纖維基復(fù)合材料的制備方法，屬于先進(jìn)復(fù)合材料技術(shù)領(lǐng)域。選用來(lái)源廣泛的具有精細(xì)網(wǎng)織結(jié)構(gòu)和豐富化學(xué)組成的生物廢料雞蛋蛋膜作為基體材料，先后將其在一定濃度的金屬鹽溶液和硒源或硫源溶液中進(jìn)行浸漬處理，通過(guò)對(duì)浸漬液濃度，反應(yīng)時(shí)間和浸漬次數(shù)的調(diào)節(jié)來(lái)控制半導(dǎo)體納米顆粒的形貌，大小及在基體上的分布情況，得到納米半導(dǎo)體粒子增強(qiáng)蛋膜纖維基復(fù)合材料。本發(fā)明的方法成本低廉，工藝簡(jiǎn)單，綠色環(huán)保，所得復(fù)合材料在電子通訊、生物檢測(cè)和標(biāo)記、太陽(yáng)能電池、紅外檢測(cè)、濾波材料、電光材料、非線性光學(xué)材料等領(lǐng)域具有重大的社會(huì)效益和廣闊的應(yīng)用前景。對(duì)于使用后的制品廢棄物，可通過(guò)生物降解技術(shù)進(jìn)行處理。
文檔編號(hào)B01J14/00GK1958148SQ20061011717
公開(kāi)日2007年5月9日 申請(qǐng)日期2006年10月16日 優(yōu)先權(quán)日2006年10月16日
發(fā)明者蘇慧蘭, 王娜, 張荻 申請(qǐng)人:上海交通大學(xué)