液态金属复合柔性纳米管的制备及其做为纳米马达的应用

摘要

本发明提供了一种液态金属复合柔性纳米管的制备及其做为纳米马达的应用。本发明要解决现有的合成微纳米马达的方法成本高，后处理麻烦，生物相容性底，实验可重复率底的问题。方法：一、制备磁性纳米粒子；二、将聚电解质层层组装到多孔模板中；三、组装磁性纳米粒子；四、将液态金属固定到多孔模板中；五、去除模板，得到液态金属复合柔性纳米管。将液态金属复合柔性纳米管作为微纳米马达置于流体中，并对其施加周期变化的磁场，液态金属复合柔性纳米管的柔性和不对称构型使液态金属复合柔性纳米管和流体介质进行相互作用，实现马达在长轴方向的净运动。本发明的制备的液态金属复合柔性纳米管在生物医学，仿生设计等领域有广泛的应用前景。

说明书

技术领域

本发明涉及一种液态金属复合柔性纳米管的制备及其做为纳米马达的应用，属于纳米管的制备及纳米马达的应用技术领域。

背景技术

使用不同材料制造的微纳米尺度的马达是近年来纳米科学的热点领域，其制作材料决定了其不同的运动方式和机理。现有的纳米马达的合成方法有电化学沉积法，粒子束喷射法，水/溶剂热法等。但是电化学沉积法合成的微纳米管废液难以处理，成本较高，且生物相容性底；粒子束喷射法操作要求难度大，同时对模板的强度要求高，水/溶剂热法难以精确调控马达的成分组成，可重复率较低。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述现有技术存在的问题，即电化学沉积法合成的微纳米管废液难以处理，成本较高，且生物相容性底；粒子束喷射法操作要求难度大，同时对模板的强度要求高，水/溶剂热法难以精确调控马达的成分组成，可重复率较低的问题。进而提供一种液态金属复合柔性纳米管的制备及其做为纳米马达的应用。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种液态金属复合柔性纳米管的制备方法，步骤如下，

步骤一、将0.1g～1.0g氯化亚铁和0.5g～2.0g氯化铁溶解于40ml～100ml去离子水中，加热至60℃～80℃并搅拌，再加入1ml～10ml氨水，继续加热30min～60min，用磁铁吸引粒子并清洗1～3次后加入2ml浓度为0.1～1g/ml的柠檬酸钠，并继续加热30min～200min，得到磁性纳米粒子；

步骤二、组装纳米管的主体骨架：a、以多孔阳极氧化铝、聚碳酸酯(PC)膜或多孔硅片为模板，将模板依次用异丙醇、丙酮和乙醇清洗去除模板表面污垢；b、将模板投入到浓度为0.1～5mg/mL的聚电解质中浸泡5小时；c、重复步骤b 2～10次，得到了组装在模板上的纳米管的主体骨架；

步骤三、磁性纳米粒子的组装：d、以去离子水为溶剂，将步骤一得到的磁性纳米粒子配制成浓度为0.1～5mg/mL的溶液；e、将经步骤二得到的组装了纳米管的骨架的模板投入到浓度为0.1～5mg/mL的聚烯丙基胺盐酸盐中浸泡5小时，取出后用去离子水清洗干净；然后再投入到步骤d制备的磁性粒子溶液中浸泡5小时，再用去离子水清洗；f、重复步骤e的操作3～5次，完成了磁性纳米粒子的组装；

步骤四、将经步骤三处理的模板置于液态金属镓表面，使用真空抽滤法处理1～2小时，并依次使用市售过氧化氢溶液和无水乙醇处理模板表面，得到液态金属复合的柔性纳米管；

步骤五、将经步骤四处理的模板浸入对应溶剂中去除模板，得到液态金属复合柔性纳米管。

一种液态金属复合柔性纳米管做为纳米马达的应用，将制备的液态金属复合的柔性纳米管放入水中，调节外加磁场的变化周期，变化角度和强度参数，调控马达在水中的运动方向和速率，水中的运动方式为摆动，并在长轴方向进行净位移。

本发明以具有磁性的四氧化三铁纳米粒子、孔道均一的纳米管模板，制备纳米管的聚电解质以及液态金属为基本材料，结合层层组装法和真空抽滤法，将磁性粒子、柔性聚电解质纳米管、液态金属结合制备出液态金属复合柔性纳米管即人造纳米管，将人造纳米管置入流体中施加特定周期变化磁场，人造纳米管通过其本身的柔性形变和液态金属的不对称分布，与流体进行相互作用，实现在流体中的有效运动。本发明具有过程简易，尺寸可控且均一，后期处理少，存放时间长，兼具数量等优点。在不同的流体中通过调节外加磁场的变化周期，变化角度和强度等参数，调控马达在流体中的运动方向和速率，使纳米管实现在流体中的有效位移，达到纳米管在在不同流体中运动的目的。

本发明的制备的液态金属复合柔性纳米管在生物医学，仿生设计等领域有广泛的应用前景。

附图说明

图1是本发明的液态金属复合柔性纳米管的结构示意图。

图2是本发明的液态金属复合柔性纳米管的运动原理图。

图3是试验例制备的液态金属复合柔性纳米管的扫描电镜照片。

图4是试验例制备的液态金属复合柔性纳米管的透射电镜照片。

图5是试验例的液态金属复合柔性纳米管运动的光学显微镜照片。

具体实施方式

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。

本实施例所涉及的一种液态金属复合柔性纳米管的制备方法，步骤如下，

步骤一、将0.1g～1.0g氯化亚铁和0.5g～2.0g氯化铁溶解于40ml～100ml去离子水中，加热至60℃～80℃并搅拌，再加入1ml～10ml氨水，继续加热30min～60min，用磁铁吸引粒子并清洗1～3次后加入2ml浓度为0.1～1g/ml的柠檬酸钠，并继续加热30min～200min，得到磁性纳米粒子；

步骤二、组装纳米管的主体骨架：a、以多孔阳极氧化铝、聚碳酸酯(PC)膜或多孔硅片为模板，将模板依次用异丙醇、丙酮和乙醇清洗去除模板表面污垢；b、将模板投入到浓度为0.1～5mg/mL的聚电解质中浸泡5小时；c、重复步骤b 2～10次，得到了组装在模板上的纳米管的主体骨架；

步骤三、磁性纳米粒子的组装：d、以去离子水为溶剂，将步骤一得到的磁性纳米粒子配制成浓度为0.1～5mg/mL的溶液；e、将经步骤二得到的组装了纳米管的骨架的模板投入到浓度为0.1～5mg/mL的聚烯丙基胺盐酸盐中浸泡5小时，取出后用去离子水清洗干净；然后再投入到步骤d制备的磁性粒子溶液中浸泡5小时，再用去离子水清洗；f、重复步骤e的操作3～5次，完成了磁性纳米粒子的组装；

步骤四、将经步骤三处理的模板置于液态金属镓表面，使用真空抽滤法处理1～2小时，并依次使用市售过氧化氢溶液和无水乙醇处理模板表面，得到液态金属复合的柔性纳米管；

步骤五、将经步骤四处理的模板浸入对应溶剂中去除模板，得到液态金属复合柔性纳米管。

步骤二中，多孔阳极氧化铝的孔径为200nm～400nm。

步骤二中，聚碳酸酯膜的孔径为50nm～1μm。

步骤二中，多孔硅片上孔的直径为2μm～5μm。

步骤二中，聚电解质为聚烯丙基胺盐酸盐(PAH)、聚苯乙烯磺酸钠盐(PSS)、壳聚糖或海藻酸钠。

步骤二中，模板为多孔阳极氧化铝时，步骤五中模板浸入的溶剂为磷酸或氢氧化钠溶液。

步骤二中，模板为聚碳酸酯时，步骤五中模板浸入的溶剂为二氯甲烷。

步骤二中，模板为多孔硅片时，步骤五中模板浸入的溶剂为氢氟酸或氟化铵溶液。

一种液态金属复合柔性纳米管做为纳米马达的应用，将制备的液态金属复合的柔性纳米管放入水中，调节外加磁场的变化周期，变化角度和强度参数，调控马达在水中的运动方向和速率，水中的运动方式为摆动，并在长轴方向进行净位移。

下面用以下试验例验证本发明的有益效果：

试验例：本试验例的人造纳米管的制备方法按以下步骤进行：

一、将0.8g氯化亚铁和1.2g氯化铁溶解于50ml去离子水中，加热至80℃并搅拌，再加入5ml氨水，继续加热40min，用磁铁吸引粒子并清洗2次后加入2ml浓度为1g/ml的柠檬酸钠，并继续加热45min，得到磁性纳米粒子；

二、组装纳米管的主体骨架：a、将模板依次用异丙醇、丙酮和乙醇清洗，使用氮气吹干，去除模板表面污垢；b、将模板依次投入到浓度为1mg/mL的聚烯丙基胺盐酸盐(PAH)、离子水和聚苯乙烯磺酸钠盐(PSS)中各浸泡5小时，完成一轮组装；c、重复步骤b 3次，得到了组装在模板上的纳米管的主体骨架；

三、磁性纳米粒子的组装：d、以去离子水为溶剂，将步骤一得到的磁性纳米粒子配制成浓度为5mg/mL的溶液；e、将经步骤二得到的组装了纳米管的骨架的模板投入到浓度为1mg/mL的聚烯丙基胺盐酸盐中浸泡5小时，取出后用去离子水清洗干净；然后再投入到d步骤制备的磁性粒子溶液中浸泡5小时，再用去离子水清洗；f、重复步骤e的操作3次，完成了磁性纳米粒子的组装；

四、将经步骤三处理的模板置于液态金属表面，使用真空抽滤法处理2小时，并依次使用市售过氧化氢溶液和无水乙醇处理模板表面，得到液态金属复合的柔性纳米管。

五、将经步骤四处理的模板浸入对应溶剂中去除模板，得到人造纳米管。

本试验例得到的液态金属复合柔性纳米管的扫描电镜照片如图3所示，从图3可以看出，液态金属复合柔性纳米管的直径为250～400nm，液态金属复合柔性纳米管具有不对称分布磁性粒子微粒和液态金属。

本试验例得到的液态金属复合柔性纳米管的透射电镜照片如图4所示，从图4中可以看出，液态金属具有氧化层并部分填充液态金属复合柔性纳米管。

将本试验例得到的液态金属复合柔性纳米管放在水和磷酸盐缓冲液中施加周期变化磁场，实现马达运动。

本试验例得到的液态金属复合柔性纳米管马达运动的光学显微镜照片如图5所示。

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。