[发明专利]二维多壳层空心球有序结构阵列及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种空心球有序结构阵列及制备方法，尤其是一种二维多壳层空心球有序结构阵列及其制备方法。

背景技术

空心球结构，如载体和内容器、微反应腔等，由于其特殊的结构和表面性质引起了人们广泛的注意，它在药物工程、化妆品、生物科技、光催化及光子器件等多方面具有重要的应用价值。空心球的应用与其材料种类和结构尺寸相关，也与球壳层的精细结构密切关联。分级结构的空心球，其球壳由纳米尺度的小单元构成，这将对纳米材料的器件构筑起重要作用。近期，分级结构体系的合成成为纳米材料研究领域的热点之一。如在2004年4月7日公开的中国发明专利申请公开说明书CN 1487108A中披露的一种“由空心金属球构成的二维、三维有序纳米结构金属材料及制备方法”。它意欲提供一种由金属包裹的介质球或者空心金属球壳所组成的二维和三维有序纳米结构金属材料及制备方法；其中，二维有序纳米结构金属材料为由空心金属球在衬底上按六方排列形成二维阵列，其中的金属球可以是金或银等，制备方法以胶体晶体为模板，采用先浸锡敏化，再化学镀金属的工艺。但是，无论是二维有序纳米结构金属材料，还是其制备方法，均存在着不足之处，首先，构成二维有序纳米结构金属材料的空心金属球仅为单壁结构，而不是内外壁具有不同构造的空心球，从而限制了其可能获得的优越性能和独特的用途；其次，制备方法无法获得内外壁具有不同构造的空心球。

发明内容

本发明要解决的技术问题为克服现有技术中的不足之处，提供一种内外壁具有不同构造、且外壁为多层的二维多壳层空心球有序结构阵列。

本发明要解决的另一个技术问题为提供一种具有普适性的二维多壳层空心球有序结构阵列的制备方法。

为解决本发明的技术问题，所采用的技术方案为：二维多壳层空心球有序结构阵列包括衬底上置有的有序六方排列的单层空心球阵列，特别是，

所述衬底为导电衬底，所述导电衬底上空心球阵列中的空心球的球外直径为230nm～10.7μm，球的外表面为粗糙面；

所述空心球由金属金内壁和其上交替覆有两层以上不同材料构成，其中，金属金内壁的厚度为5～15nm，不同材料的厚度均为5～50nm，所述材料为金属金或金属铂或聚吡咯；

所述粗糙面由颗粒状物构成，所述颗粒状物的颗粒粒径为10～50nm，其由金属金或金属铂或聚吡咯构成。

作为二维多壳层空心球有序结构阵列的进一步改进，所述的交替覆有不同材料的层数为3～6层。

为解决本发明的另一个技术问题，所采用的另一个技术方案为：二维多壳层空心球有序结构阵列的制备方法包括将由球直径为200～10000nm的聚苯乙烯胶体球构成的单层胶体晶体模板置于导电衬底上，以及电解液的配制，特别是完成步骤如下：

步骤1，将其上带有单层胶体晶体模板的导电衬底置于压力为5～10Pa下离子溅射沉积金膜，得到金膜壁阵列；

步骤2，先将其上附有金膜壁阵列的导电衬底置于电解液中，以其作为工作电极，于沉积电流密度为-1.0～1.0mA/cm²下采用三电极法电沉积10s～3h，得到单层复合体阵列，再将单层复合体阵列一次以上的置于不同的电解液中，于同样的工艺条件下进行电沉积，得到多层复合体阵列；

步骤3，将多层复合体阵列置于二氯甲烷溶剂中去除聚苯乙烯胶体球，制得二维多壳层空心球有序结构阵列。

作为二维多壳层空心球有序结构阵列的制备方法的进一步改进，所述的电解液为金属金电解液时，其由浓度为12g/L的氯金酸、5g/L的乙二胺四乙酸、160g/L的亚硫酸钠和30g/L的磷酸氢二钾与水混合而成；所述的电解液为金属铂电解液时，其由浓度为1g/L的氯铂酸与5g/L的聚乙烯吡咯烷酮水相溶液混合而成；所述的电解液为聚吡咯电解液时，其由浓度为0.1M的吡咯水相溶液与0.1M的十二烷基苯磺酸钠水相溶液混合而成；所述的电沉积时的温度均为15～35℃；所述的三电极法电沉积时的对电极为石墨电极，参比电极为饱和甘汞电极；所述的将单层复合体阵列一次以上的置于不同的电解液中，于同样的工艺条件下进行电沉积的次数为2～5次；所述的导电衬底为导电玻璃，或导电橡胶，或单晶硅，或金属。