[发明专利]一种实现二氧化钒纳米线单分散修饰和择优取向排列的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种利用常见的表面活性剂和简单可行的表面修饰方法实现VO₂的纳米线单分散和择优取向排列，属于纳米材料和纳米技术领域。

背景技术

近年来，纳米科技蓬勃发展，纳米材料的应用受到各领域的广泛关注。但纳米粒子的粒径很小，其高的表面能使它易于团聚，分散性差，形成二次粒子，无法表现出其受人青睐的表面积效应、体积效应及量子尺寸效应等，严重影响其使用效果。因此，在实际应用中，如何对纳米粒子的表面进行功能化处理，避免纳米粒子的团聚，提高其分散性，并对其进行择优取向排列和有序组装，是纳米材料科学领域十分重要的研究课题，对于纳米材料的器件化和实用化具有重要意义。

发明内容

本发明针对纳米领域内存在的团聚现象，提供一种简单可行的表面修饰方法，消除纳米粒子常见的团聚性以得到较好的单分散性，使得VO₂纳米线获得良好的单分散性，并进行组装，实现VO₂纳米线的择优取向排列和局部有序组装，得到的VO₂纳米线LB膜具有较好的准持续光电导及典型的磁相变和顺磁特性。

本发明所采用的技术方案如下：

一种实现VO₂纳米线单分散修饰和择优取向排列的方法，其方法步骤如下：

1、量取40～60毫升甲苯移入100毫升烧杯中，向其中加入0.8～1.2毫摩尔的硬脂酸并剧烈搅拌，将烧杯在温度70℃、80℃或90℃水浴下加热，持续搅拌致硬脂酸溶解或熔融；向其中加入VO₂纳米线，VO₂纳米线与硬脂酸的摩尔比为1∶2，搅拌0.5～1.5小时后离心分离，用甲苯洗涤除去过量的硬脂酸，得到硬脂酸修饰过的VO₂纳米线；

2、称取8～12克表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵移入80毫升烧杯中，加入40毫升环己烷和10毫升去离子水；取0.08～0.12毫摩尔硬脂酸修饰过的VO₂纳米线加入8～12毫升正丁醇中，超声分散5分钟，然后全部移入上述环己烷溶液中，剧烈搅拌得到一种澄清半透明的微乳液；持续搅拌1.5～2.5小时后离心分离，用体积比1∶1的异辛烷/氯仿混合溶剂洗涤8～12次；

3、将固态衬底处理成亲水；

4、用Langumir(朗格缪尔)水槽，控制水表面的经步骤2处理过的VO₂纳米线单层膜的表面压力-表面积等温线，以形成的VO₂纳米线单层膜；

5、将步骤4形成的VO₂纳米线单层膜，转移到步骤3处理过的固态衬底表面形成VO₂纳米线Langumir-Blodget(朗格缪尔-布罗吉特)即LB膜，得到的VO₂纳米线LB膜实现了(00l)晶面取向。

本发明选用有机酸作为表面修饰剂有两条出发点：其一是羧基能够和VO₂纳米线表面的羟基产生氢键，使得VO₂纳米线表面羟基的数目减少，从而减小团聚；其二是作为阴离子型表面活性剂，其羧基会发生水解，为后面在有水的环境下进一步修饰提供方便。用微乳液法进行二次修饰是因为经过微乳液修饰后的VO₂纳米线的单分散性会得到进一步的提升。VO₂纳米线在经过两步表面功能化处理后可以在氯仿中达到单分散，放置1个月而不产生沉淀。得到的VO₂纳米线LB膜实现了(00l)晶面取向和局部区域定向排列，并具有准持续光电导及典型的磁相变和顺磁特性。

本发明能够使VO₂纳米线得到更好的单分散和择优取向，有利于组装纳米器件并提高纳米器件的性能，为纳米材料的实用化提供一条可行的途径。

附图说明：

图1为实施例1VO₂纳米线的表面功能化示意图

图2为实施例1VO₂纳米线LB膜的π-A等温曲线图

图3为实施例1表面修饰后VO₂纳米线40mN/m表面压下LB膜的SEM图像(插图为局部放大图)

图4为实施例1VO₂纳米线LB膜(a)和VO₂纳米线粉末(b)的XRD图谱