胶态晶体模板法制备三维有序大孔材料及其应用.docVIP

胶态晶体模板法制备三维有序大孔材料及其应用 ? 210?材料导报2005年5月第19卷专辑 胶态晶体模板法制备三维有序大孑L材料及其应用 巫辉明三军夏亚敏郭丽萍雷家珩 (武汉理工大学理学院应用化学系,武汉430070) 摘要胶态晶体中的粒子一般具有蛋白石结构,通过胶态晶体空穴可以制备反蛋白石结构的多孔材料,孔径可 由100nm以内到1000nm不等,并具有三维长程有序的孔结构,可望应用于光学器件,光子晶体,催化剂,特殊过滤膜 及其它领域.重点介绍了胶态晶体模板法在多孔材料合成上的应用及其未来的发展前景. 关键词胶态晶体模板多孔材料纳米粒子 ColloidalCrystalsasTemplatesforThree-dimensionalOrder PorousMaterialsandtheApplication WUHuiMINGSanjunXIAYaminGUOLipingLEIJiahen (DepartmentofAppliedChemistry,ScienceofSchool,WuhanUniversityofTechnology,Wuhan430070) AbstractCommonlythecolloidalcrystalsareofopalstructures.Itispossibletosynthesizeporousmaterialsofin- verseopalstructuresbymakinguseofcolloidalcrystalsvoidspace.TheirporeradiusvariesfromlessthanlOOnmtolO00nm, andthesematerialshavethethine-dimensional,long-rangedorderingporestructure.Theyareexpectedtohavetheapplications suchasphotonicdevices,photoniccrystals,catalysts,andspecialfiltermembranes,andmanyotherfields.Thispapercasts lightonthecolloidalcrystaltemplatemethodsusedintheformationofthesematerialsandlikelyfuture~endsinthefield. Keywordscolloidalcrystals,template,porousmaterials,nanometerparticles 0前言 胶态晶体模板法(colloidalcrystalstemplatingmethods)是 1997年Velev在Nature…上最先提出的一种制备有序大孔材料 的方法.该法以胶体悬浮液为原料,通过单分散胶体颗粒自组 装得到胶态晶体,并以胶态晶体为模板,向其微球间隙填充高介 电常数物质,如SiO:,GeO,TiO等,煅烧或化学腐蚀除去模板 后,得到的一种三维有序结构的多孔材料.胶态晶体模板一般 具有蛋白石结构,因此制得的多孔材料一般为反蛋白石结 构,其孔隙中常含有空气等低介电常数的介质,并以面心立方堆 结构分布于高介电常数的连续相中,是一种可望得到完全能隙 的新型光子晶体.此外,这类材料在吸附,分离,色谱技术 等方面也具有重要的应用前景,从而成为有序多孔材料合成的 一 个重要的新的研究方向…. 胶态晶体模板法制备的反蛋白石结构的多孔材料主要有大 孔材料…(孔径gt;50nm),介孔材料(孔径在2～50nm之间) 两大类,其主要特点是用这种制备方法得到的多孔材料孔径可 通过模板微球的粒径进行调整,并可得到双孔结构.本文将 对胶态晶体模板法制备有序多孔材料及其应用进行重点介绍. 场中自然沉降是最简便的一种.但仅依靠重力,沉降过程非 常缓慢,为缩短制备周期,常采用过滤法和离心法】.过滤 法一般采用聚碳酸酯半透膜,并对微球悬浮液施加垂直方向的 振动应力;离心法可显着加快胶粒的沉降速率,一般在数小 时内可得到致密的模板样品,但离心速度过快会影响其长程 有序性….另外,为得到三维有序结构’的胶态晶体,也采用各 种场效应的方法,如Xia12]在密封的模子里采用超声波震荡进 行聚苯乙烯乳胶粒子的组装,得到厚度为200～300ttm,高度有 序的胶态晶体模板;HolgadoM利用电泳法改善胶粒的沉降速 率,从而提高胶态晶体模板的有序性. 胶态晶体一般是面心立方或六方密堆的三维结构,乳液 胶粒体积分数高时则可形成面心立:Y/六方/面心立方的混合结 构.在特定的环境下可观察到稀的悬浮液的体心立方 相.从理论上来讲,尽管面心立方与六方密堆间的熵差很 小,但由硬球所组成的胶态晶体其平衡结构为面心立方