[发明专利]一种二维胶体晶体膜及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及纳米材料技术领域，特别是涉及一种发光二维胶体晶体膜及其制备方法。

背景技术

二维胶体晶体(2D-CC)是由单层胶体粒子自组装成周期性的二维纳米结构阵列，也称为二维胶体晶体膜；它们的排列通常处于系统能量最小状态，例如六方密堆积或面心立方堆积状态。由于二维胶体晶体具有高重现性，低成本等特点被广泛关注，同时由于其阵列依赖(pattern-dependent)性质而在生物化学传感及光伏领域具有广泛的应用前景。

近年来，相对于将二维胶体晶体作为模板制造多功能的纳米复合材料的报道，将多功能纳米复合材料自组装成周期性阵列并研究其理化性质的报道少之甚少。

随着技术的发展，稀土掺杂的纳米晶体在显示器件，水印技术，和其他生物探针的等方面的应用越来越广泛。发光结构的有序阵列可以使得光伏器件或显示器的纳米级表面产生更高的分辨率和像素密度。

层状稀土氢氧化物(LRH)，主体层板由三价稀土离子构成，带正电荷；层间由与主体层板电荷平衡的可被交换的阴离子组成。其作为一种新型的层状金属氢氧化物，具有由镧系元素的4f电子壳层而产生的独特的磁性，光学和电学性质。然而，目前除了胡林峰等在己烷/水界面制造层状稀土氢氧化物微晶的单层膜外，关于将稀土氢氧化物纳米片自组装成荧光膜的研究几乎未有报道。而且胡林峰等制造的单层膜不够致密，厚度不均匀，并且与层状稀土氢氧化物前驱体相比发光性能并没有增强。

发明内容

本发明实施例的目的在于提供一种具有壳核结构的发光二维胶体晶体膜及其制备方法。具体技术方案如下：

本发明首先提供了一种二维胶体晶体膜的制备方法，包括：

(1)获得层状稀土氢氧化物纳米片的胶态悬浮液；

(2)获得球核,所述球核为表面先后覆盖有阳离子型聚电解质和阴离子型聚电解质的聚苯乙烯纳米球；

(3)将获得的球核与层状稀土氢氧化物纳米片的胶态悬浮液混合并搅拌,以使层状稀土氢氧化物纳米片吸附于球核表面，然后过滤，水洗，得到具有壳核结构的胶体球；

(4)将所述胶体球分散于溶剂中，得到胶体球分散液；

(5)将基板浸入胶体球分散液中，待胶体球分散液中的液体蒸干后，将基板干燥，即可在基板的表面形成二维胶体晶体膜。

一种具体实施方式中，层状稀土氢氧化物纳米片中的稀土元素为铕、铽和/或镝，优选地，稀土氢氧化物为十二烷基硫酸根插层的稀土氢氧化铽。

一种具体实施方式中，所述阳离子型聚电解质为聚烯丙基胺盐酸盐；阴离子型聚电解质为聚苯乙烯磺酸钠。

一种具体实施方式中，所述球核通过以下方法获得：

通过自组装技术先在聚苯乙烯纳米球表面覆盖阳离子型聚电解质，再在阳离子型聚电解质表面覆盖阴离子型聚电解质。

一种具体实施方式中，步骤(4)中的溶剂为乙醇水溶液。

一种具体实施方式中，乙醇水溶液中，乙醇和水的体积比为(1:4)-(4:1)，优选为(1:2)-(2:1)。

一种具体实施方式中，胶体球在胶体球分散液中的质量分数为0.001-0.01％；优选为0.005-0.01％；更优选为0.0075％。

一种具体实施方式中，所述基板选自塑料片、玻璃片、石英片或硅基片。

本发明还提供了一种由前述的方法制备的二维胶体晶体膜。

一种具体实施方式中，所述二维胶体晶体膜包含壳核结构的胶体球，所述壳核结构的壳层为层状稀土氢氧化物纳米片，内核为所述球核；优选地，所述胶体球排列成具有六方密堆积的单层。

本发明所制备的二维胶体晶体膜均匀、致密，具有荧光发射性能。其制备方法快速、简洁，对基板的普适性好。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为实施例1制备的DSˉ-LTbH以及其纳米片、实施例2制备的胶体球、及聚苯乙烯纳米球的XRD图；其中，图1(a)为DSˉ-LTbH的XRD图；图1(b)为DSˉ-LTbH纳米片的XRD图；图1(c)为聚苯乙烯纳米球的XRD图；图1(d)为胶体球的XRD图。