一种镓纳米棒的制备方法及其做为纳米马达的应用

摘要

本发明提供了一种镓纳米棒的制备方法及其做为纳米马达的应用，本发明按照1g液态金属镓对应20mL分散介质投料，分散介质为去离子水与异丙醇的混合物，使用探头式超声破碎仪进行超声破碎，超声功率控制在800～1000W，时间为3～6h，期间注意补充因超声空化损失的分散剂；超声结束后，将获得的分散系静置10～14h，使其充分老化；将老化后的分散系在1000*G下离心3min，取上清液，上清液中即包含制备的镓液态金属纳米棒；制备得到液态金属纳米棒后，在局部光照下，可在分散系中进行可控聚集，获得具有图案化的群体行为的光响应的微纳米马达。本发明的优点在于制备快速、方便，且获得的粒子可以作为有光热效应的微纳米马达使用，具有较好的应用前景。

权利要求

1.镓纳米棒做为纳米马达的应用，其特征在于，将镓纳米棒放入分散介质中，在有基质辅助的光照下，利用镓金属的光热效应产生可控聚集，获得具有图案化的群体行为的光响应的纳米马达；

其中，镓纳米棒的制备方法，

步骤一、按照1g液态金属镓对应20mL分散介质投料，分散介质为去离子水、异丙醇和稳定剂的混合物；

步骤二、使用探头式超声破碎仪对步骤一的物料进行超声破碎，超声功率控制在800～

1000W，时间为3～6h；

步骤三、超声结束后，将获得的分散系静置10～14h，使其充分老化；

步骤四、将老化后的分散系在1000*g条件下离心2～4min，取上清液，上清液中即包含制备的镓液态金属纳米棒，镓液态金属纳米棒的直径为80～200nm，长度为0.75～1.5μm。

2.根据权利要求1所述的镓纳米棒做为纳米马达的应用，其特征在于，步骤一中，所述的去离子水与异丙醇的体积比是9:1。

3.根据权利要求1所述的镓纳米棒做为纳米马达的应用，其特征在于，步骤一中，所述的稳定剂为巯基丙酸或柠檬酸钠，在混合物中的浓度为0.002mol/L。

4.根据权利要求1所述的镓纳米棒做为纳米马达的应用，其特征在于，步骤二中，所述超声功率控制在800W，时间为6h。

5.根据权利要求1所述的镓纳米棒做为纳米马达的应用，其特征在于，步骤二中，所述超声功率控制在900W，时间为5h。

6.根据权利要求1所述的镓纳米棒做为纳米马达的应用，其特征在于，步骤二中，所述超声功率控制在1000W，时间为3h。

7.根据权利要求1所述的镓纳米棒做为纳米马达的应用，其特征在于，步骤三中，所述超声结束后，将获得的分散系静置11h。

8.根据权利要求1所述的镓纳米棒做为纳米马达的应用，其特征在于，步骤三中，所述超声结束后，将获得的分散系静置12h。

9.根据权利要求1所述的镓纳米棒做为纳米马达的应用，其特征在于，步骤四中，将老化后的分散系在1000*g条件下离心3min。

说明书

一种镓纳米棒的制备方法及其做为纳米马达的应用

技术领域

[0001] 本发明涉及一种镓纳米棒的制备方法及其做为纳米马达的应用，属于镓纳米棒的制备方法及其作为纳米马达的应用技术领域。

背景技术

[0002] 镓元素具有熔点低，在室温下易呈现液态的特点。作为继汞之后受到大量关注的液态金属，镓元素具有低毒性、熔点低而沸点高因而不容易汽化等优点，吸引了纳米科学研究人员的关注。大部分金属都具有良好的光热效应，如果能够实现在光引导下的可控液态金属纳米粒子的聚集，将对光热治疗等一系列课题提示新的研究方向和思路。因此，利用超声场下物理分散可以制备较小纳米粒子的优点，采用超声破碎制备尺度较小的液态金属纳米棒，并探索其作为光响应的人造微纳米马达的应用。

发明内容

[0003] 本发明的目的是为了解决上述背景技术提出的问题，进而提供一种镓纳米棒的制备方法及其做为纳米马达的应用。

[0004] 本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

[0005] 一种镓纳米棒的制备方法，步骤如下，

[0006] 步骤一、按照1g液态金属镓对应20mL分散介质投料，分散介质为去离子水、异丙醇和稳定剂的混合物；

[0007] 步骤二、使用探头式超声破碎仪对步骤一的物料进行超声破碎，超声功率控制在800～1000W，时间为3～6h，期间注意补充因超声空化损失的分散剂；

[0008] 步骤三、超声结束后，将获得的分散系静置10～14h，使其充分老化；

[0009] 步骤四、将老化后的分散系在1000*G条件下离心2～4min，取上清液，上清液中即包含制备的镓液态金属纳米棒，镓液态金属纳米棒的直径为80～200nm，长度为0.75～1.5μm。

[0010] 步骤一中，所述的去离子水与异丙醇的体积比是9:1。

[0011] 步骤一中，所述的稳定剂为巯基丙酸或柠檬酸钠，在混合物中的浓度为0.002mol/L。

[0012] 步骤二中，所述超声功率控制在800W，时间为6h。

[0013] 步骤二中，所述超声功率控制在900W，时间为5h。

[0014] 步骤二中，所述超声功率控制在1000W，时间为3h。

[0015] 步骤三中，所述超声结束后，将获得的分散系静置11h。

[0016] 步骤三中，所述超声结束后，将获得的分散系静置12h。

[0017] 步骤四中，将老化后的分散系在1000*G条件下离心3min。

[0018] 镓纳米棒做为纳米马达的应用，将纳米马达放入分散介质中，在有基质辅助的光照下，利用镓金属的光热效应产生可控聚集，获得具有图案化的群体行为的光响应的微纳米马达。

[0019] 其中辅助基质的制备方法，由以下步骤实现：

[0020] 步骤一、配置浓度为5mg/mL的海藻酸钠溶液，并在其中掺杂市售的纳米二硫化钼颗粒，掺杂浓度为0.02mg/mL；

[0021] 步骤二、取步骤一中配制的溶液5mL，向其中加入5mol/L的氯化钙溶液0.2mL，并将该溶液摇匀后铺展在洁净载玻片上；

[0022] 步骤三、静置，待表面凝胶固化，即制备了海藻酸钙水凝胶层，作为辅助基质使用。

[0023] 本发明中马达的运动原理是：镓纳米棒在受到光照的条件下，会吸收光子并转化为向周围传播的热量，进而带动周围的分散介质运动，促使纳米马达向光照区域聚集。

[0024] 本发明的优点在于制备快速、方便，且获得的粒子可以作为有光热效应的微纳米马达使用，具有广阔的应用前景。

附图说明

[0025] 图1为采用镓金属制备的液态金属纳米棒的扫描电镜照片，标尺3μm。

[0026] 图2为采用镓金属制备的液态金属纳米棒的透射电镜照片，标尺1μm。

[0027] 图3为制备的镓金属纳米棒的紫外-可见-近红外吸收光谱曲线图。

[0028] 图4为液态金属纳米马达在点光源下聚集形成图案的对比照片：左侧为聚集前照片；右侧为聚集后照片，照片中央深色区域为液态金属纳米马达聚集区域。标尺 500μm。

具体实施方式

[0029] 下面将对本发明做进一步的详细说明：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式，但本发明的保护范围不限于下述实施例。

[0030] 实施例1

[0031] 本实例中采用的分散介质为去离子水与异丙醇的混合物，去离子水与异丙醇的体积比是9:1，采用的稳定剂是巯基丙酸，浓度为0.002mol/L，制备所用仪器为超声破碎仪。

[0032] 将纯镓与混合分散剂按照1g液态金属对应20mL分散介质放入烧杯中，880W功率下超声破碎4h，超声结束后，静置12h，1000*G条件下离心3min，取上清液保存。

[0033] 制备的纳米棒长度0.8～1.1μm，直径约100nm。

[0034] 实施例2

[0035] 本实例中采用的分散介质为去离子水与异丙醇的混合物，去离子水与异丙醇的体积比是9:1，采用的稳定剂是巯基丙酸，浓度为0.005mol/L，制备所用仪器为超声破碎仪。

[0036] 将镓铟合金与混合分散剂按照1g液态金属对应20mL分散介质放入烧杯中，900W功率下超声破碎6h，超声结束后，静置12h，1000*G条件下离心3min，取上清液保存。

[0037] 制备的纳米棒长度0.75～1.2μm，直径约150nm。

[0038] 实施例3

[0039] 本实例中采用的分散介质为去离子水，采用的稳定剂是柠檬酸钠，浓度为0.002mol/L，制备所用仪器为超声破碎仪。

[0040] 将纯镓与混合分散剂按照1g液态金属对应20mL分散介质放入烧杯中，930W功率下超声破碎4h，超声结束后，静置12h，1000*G条件下离心3min，取上清液保存。

[0041] 制备的纳米棒长度1～1.2μm，直径约130nm。

[0042] 实施例4

[0043] 本实例中采用的分散介质为去离子水，采用的稳定剂是柠檬酸钠，浓度为0.005mol/L，制备所用仪器为超声破碎仪。

[0044] 将纯镓与混合分散剂按照1g液态金属对应20mL分散介质放入烧杯中，960W功率下超声破碎4h，超声结束后，静置12h，1000*G条件下离心3min，取上清液保存。

[0045] 制备的纳米棒长度1.3～1.5μm，直径约160nm。

[0046] 实施例5

[0047] 液态金属纳米棒结构的评价方法和结果。

[0048] 如图1和图2所示，使用扫描电子显微镜(FEI Quanta 200F,USA)和透射电子显微镜(Hitachi H-7650,Japan)表征制备的镓纳米棒的形貌，观察发现，制备的纳米棒普遍呈圆柱形，扫描电镜二次电子模式下能观察到侧面的曲面形貌，单根纳米棒的各部分直径基本一致；纳米棒的长度为0.75～1.5μm，直径为80～200nm。

[0049] 实施例6

[0050] 本实施例验证了镓液态金属纳米棒的光热效应。

[0051] 使用紫外-可见-近红外分光光度计(Hitachi U-4100,Japan)测试制备的液态金属纳米棒的吸光度，发现液态金属纳米棒在1200～300nm的波段内有全波长吸收(如图3所示)，表明液态金属纳米马达有较好的光-热转换效果。

[0052] 实施例7

[0053] 本实施例验证了光热驱动的液态金属纳米马达的可控聚集性。

[0054] 实施例中(如图4所示)，将液态金属纳米马达分散在超纯水中，使分散系铺展在预先组装了基质的载玻片上；预先组装的基质为掺杂二硫化钼的海藻酸钙水凝胶。使用光学显微镜系统(Olympus BX-53,Japan)观察并记录液态金属纳米马达的运动情况，其中该显微镜系统集成了可聚焦的明场光源。使用该明场光源照射观察视野的中央局部，在持续照射30min后，可以观察到在视野中央发生了显著的液态金属纳米马达的聚集，而无额外光照区域无明显变化。

[0055] 以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，这些具体实施方式都是基于本发明整体构思下的不同实现方式，而且本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。