[发明专利]一种全无机纳米流体二极管的制备方法

说明书

本发明公开了一种全无机纳米流体二极管的制备方法，属于功能材料技术领域。本发明采用反应磁控溅射的方法，以多孔阳极氧化铝(AAO)为基底，在其两侧表面分别制备两种具有差异等电点的无机氧化物薄膜；随后，高温煅烧促使无机氧化物薄膜结晶，即可得到在中性水溶液中，两侧表面带异种电荷的纳米流体二极管。本发明制备工艺简单、且可大面积制备；本发明制备出的纳米流体二极管具有类似于生物离子通道的典型的整流效应，较大的电流以及较高的整流比使其具有更广泛的实际应用空间；通过调节电解质溶液pH值可以改变纳米流体二极管的整流比。

技术领域

本发明涉及一种在中性水溶液中表现为两侧表面带异种电荷的全无机纳米流体二极管的制备方法。该纳米流体二极管具有离子整流效应，而且整流性能可以通过电解质溶液pH值进行调控。属于功能材料技术领域。

背景技术

仿生人工纳米流体二极管具有类似于生物体离子通道的离子整流特性，并且其环境稳定性和功能化程度通常优于生物离子通道。近年来，人工纳米流体二极管的设计和性能研究取得了重要进展，并在传感、能量转换、膜分离技术以及纳流控芯片等多个领域展现出了一定的应用前景，参见参考文献[1-3]。参考文献[1]：M.Ali,S.Nasir,Q.H.Nguyen,J.K.Sahoo,M.N.Tahir,W.Tremel,W.Ensinger,Metal ion affinity-based biomolecularrecognition and conjugation inside synthetic polymer nanopores modified withiron-terpyridine complexes.J.Am.Chem.Soc.,2011,133,17307–17314.参考文献[2]：Z.Meng,H.Bao,J.Wang,C.Jiang,M.Zhang,J.Zhai,L.Jiang,Artificial ion channelsregulating light-induced ionic currents in photoelectrical conversionsystems.Adv.Mater.,2014,26,2329–2334.参考文献[3]：G.Sun,S.Senapati,H.Chang,High-flux ionic diodes,ionic transistors and ionic amplifiers based onexternal ion concentration polarization by an ion exchange membrane:a newscalable ionic circuit platform.Lab Chip,2016,16,1171–1177.

目前，制备纳米流体二极管的常用方法包括构筑纳米孔道内表面电荷的非对称分布。从当前的微纳米制备技术来看，对纳米级限域空间内的电荷进行精确调控是一项富有挑战性的工作。研究表明，对纳米通道薄膜两侧外表面修饰异种电荷，也可以实现离子整流特性，参见参考文献[4]。相比于纳米孔道内部的电荷调控，在薄膜表面进行设计和修饰以获得电荷非对称分布，简化了纳米流体二极管的制备过程。参考文献[4]：M.Tagliazucchi,Y.Rabin,I.Szleifer,ACS Nano,Transport rectification in nanopores with outermembranes modified with surface charges and polyelectrolytes 2013,7,9085–9097。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种工艺简单且可大面积制备纳米流体二极管的方法。为实现上述目的，本发明采用反应磁控溅射的方法，以多孔阳极氧化铝(AAO)为基底，在其两侧表面分别制备两种具有差异等电点的无机氧化物薄膜；随后，高温煅烧促使无机氧化物薄膜结晶，即可得到在中性水溶液中，两侧表面带异种电荷的纳米流体二极管。

本发明提供了一种全无机纳米流体二极管的制备方法，该方法的具体步骤包括：

第一步，以多孔阳极氧化铝为基底，在基底两侧分别制备两种无机氧化物薄膜：