一種有序聚苯胺納米線陣列的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種有序聚苯胺納米線陣列的制備方法，本方法利用嵌段共聚物苯乙烯-b-聚（4-乙烯基吡啶）在薄層晶狀MnO2薄膜表面的微相分離及分子自組裝特性，制備晶狀MnO2薄膜為襯底的嵌段共聚物有序柱狀納米膜，然后經(jīng)過質(zhì)子酸刻蝕制備出MnO2薄膜為襯底的高密度有序納米孔薄膜；并以其為模板，采用化學氧化法，利用納米孔內(nèi)MnO2的氧化作用，引導聚苯胺在納米孔洞內(nèi)生成聚苯胺納米晶種，然后向溶液中加入氧化劑過硫酸銨，繼續(xù)使得溶液中的苯胺沿聚苯胺晶核繼續(xù)生長，從而制備出位置、尺寸和生長取向可控的高密度有序聚苯胺納米線陣列。
【專利說明】一種有序聚苯胺納米線陣列的制備方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種有序聚苯胺納米線陣列的制備方法。
【背景技術】
[0002]導電高分子材料由于制備成本低，加工方便，能夠?qū)崿F(xiàn)室溫檢測，可向微型化、小型化發(fā)展，已引起研究人員的廣泛重視。聚苯胺(PANI)作為一種典型的本征導電高分子材料，具有優(yōu)良的化學穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性，環(huán)境友好、易加工且成本低，同時具有優(yōu)異的導電性、氧化-還原可逆性以及摻雜與解摻雜等特性，因而在超級電容器、氣敏傳感器、生物傳感器、存儲、水處理等領域具有廣闊的應用前景。
[0003]聚苯胺的特異性能與應用領域同其形貌、尺寸、空間位置以及密度等關系非常密切。排列有序的聚苯胺納米材料比無規(guī)取向的聚苯胺納米材料表現(xiàn)出更好的電子和電化學性能。通過模板合成法、自組裝法、界面聚合法等多種合成技術可制備出納米棒、納米管、納米纖維等形態(tài)各異的聚苯胺納米材料，但這些方法難以實現(xiàn)聚苯胺納米線密度、位置和尺寸的精確控制，且去除這些硬模板過程中，聚苯胺納米線/管的取向性和有序性容易被破壞。嵌段共 聚物具有自組裝特性，能夠通過自組裝形成球狀、層狀、柱狀等多種多樣的周期性的納米圖案，為制備不同的結構的納米材料提供了豐富的模板，其刻蝕尺寸可以達到小于30nm，突破了其它刻蝕技術難以達到的尺寸局限性，與納米球蝕刻技術、電子束蝕刻技術、納米壓印技術等相比，具有明顯的優(yōu)越性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明目的在于提供一種有序聚苯胺納米線陣列的制備方法，通過層狀工藝，可以制備方向可控，垂直有序，直徑超細的聚苯胺納米線陣列，具體步驟包括:
(1)將制備氧化層的前軀體溶解在良溶劑中形成前驅(qū)體溶液，將前驅(qū)體溶液旋涂在半導體硅片表面，然后經(jīng)過程控煅燒形成氧化層；
(2)將嵌段共聚物溶解在良溶劑中形成旋涂液，然后旋涂液旋涂在氧化層上，再經(jīng)過質(zhì)子酸溶解于甲醇中形成的刻蝕劑的刻蝕得到具有納米孔洞的模板層；
(3)將苯胺溶于鹽酸，然后將步驟(2)處理后的半導體硅片置于苯胺的鹽酸溶液中，通過氧化層的定向誘導氧化，在步驟(2)中形成的納米孔洞生成聚苯胺納米晶種；然后往苯胺的鹽酸溶液中加入氧化劑，繼續(xù)氧化苯胺在聚苯胺納米晶種上生長成有序的聚苯胺納米線陣列。
[0005]所述步驟(1)中，制備氧化層的前軀體為硝酸錳、高錳酸鉀中的一種，良溶劑為甲醇，前驅(qū)體與甲醇的質(zhì)量比為2~10:1000 ;程控煅燒程序升溫速率為1°C /min，升溫至600°C，恒溫600°C，恒溫時間2h ;降溫至室溫，降溫速率1°C /min。
[0006]所述步驟(2)中，制備模板層的嵌段共聚物為聚苯乙烯-b_聚(4-乙烯基吡啶)(PS-b-P4VP)，具有以下片段結構:
【權利要求】
1.一種有序聚苯胺納米線陣列的制備方法，其特征在于包括如下步驟: (1)將制備氧化層的前軀體溶解在良溶劑中形成前驅(qū)體溶液，將前驅(qū)體溶液旋涂在半導體硅片表面，然后經(jīng)過程控煅燒形成氧化層； (2)將嵌段共聚物溶解在良溶劑中形成旋涂液，然后旋涂液旋涂在氧化層上，再經(jīng)過質(zhì)子酸溶解于甲醇中形成的刻蝕劑的刻蝕得到具有納米孔洞的模板層； (3)將苯胺溶于鹽酸，然后將步驟(2)處理后的半導體硅片置于苯胺的鹽酸溶液中，通過氧化層的定向誘導氧化，在步驟(2)中形成的納米孔洞生成聚苯胺納米晶種；然后往苯胺的鹽酸溶液中加入氧化劑，繼續(xù)氧化苯胺在聚苯胺納米晶種上生長成有序聚苯胺納米線陣列。
2.根據(jù)權利要求1所述的制備方法，其特征在于:所述步驟(1)中，制備氧化層的前軀體為硝酸錳、高錳酸鉀中的一種，良溶劑為甲醇，前驅(qū)體與甲醇的質(zhì)量比為2~10:1000 ;程控煅燒程序升溫速率為TC /min，升溫至600°C，恒溫600°C，恒溫時間2h ;降溫至室溫，降溫速率1°C /min。
3.根據(jù)權利要求1所述的制備方法，其特征在于:所述步驟(2)中，制備模板層的嵌段共聚物為聚苯乙烯-b_聚(4-乙烯基吡啶)，具有以下片段結構:

4.根據(jù)權利要求1所述的制備方法，其特征在于:步驟(2)中所用質(zhì)子酸為質(zhì)量含量37%鹽酸、質(zhì)量含量40%氫氟酸中的一種，溶劑為甲醇，質(zhì)子酸與甲醇的質(zhì)量比為1:40~60，刻蝕時間為60~120min。
5.根據(jù)權利要求1所述的制備方法，其特征在于:步驟(3)中所用鹽酸為質(zhì)量含量37%的鹽酸，氧化層的定向誘導氧化在納米孔洞形成聚苯胺納米晶種的反應時間為30~120min ;然后向苯胺的鹽酸溶液中加入的氧化劑為過硫酸銨，繼續(xù)氧化苯胺在聚苯胺晶種形成有序的聚苯胺納米線陣列層，反應時間為15~120min ;苯胺:氧化劑:鹽酸的質(zhì)量比為 I~5:0.5~3:1000。
【文檔編號】B82Y30/00GK103992476SQ201410153513
【公開日】2014年8月20日 申請日期:2014年4月17日 優(yōu)先權日:2014年4月17日
【發(fā)明者】易國斌, 張政, 俎喜紅, 王歡, 黃海亮, 吳建東 申請人:廣東工業(yè)大學