[发明专利]表面具有多重性质的棒状材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种表面具有多重性质的棒状材料及其制备方法。

背景技术

Janus颗粒是表面具有两个不同结构、化学组成和功能分区的一类特殊微粒。自1991年De Genes提出Janus粒子的概念后，表面具有双重性质微粒的相关研究引起了广泛关注。由于这类粒子具有明确的表面分区及特殊微结构，其特殊的两相性质使其在颗粒乳化剂、智能纳米机器、显示器件、增强材料等方面有着巨大的理论研究价值和潜在应用价值。作为最为简单的Janus颗粒，Janus球的制备方法、性质以及应用等方面的研究都较为成熟。但随着研究的深入，研究者慢慢开始关注非球形Janus粒子，特别是非对称性结构的研究，例如哑铃形、片状、雪人形、棒状、环形Janus粒子等。由于这些粒子本身结构上不对称性，需要通过特殊的制备手段使其在组成、功能等方面具有Janus性质，这类粒子显示出更为特殊的性质，是新材料制备中一个具有重要意义的崭新研究方向。但对于制备这些粒子，一些传统方法，如界面保护法，微流体法、相分离法、自组装法等等，在制备上往往存在很大的限制性。而在上述诸多粒子中，棒状Janus材料又由于形状上的特殊性，且在生物等应用上有极大的潜力，如模拟跨膜蛋白穿出进细胞膜之间。因此如何选用一种简单易行的方法，制备具明确分区的非对称型Janus材料，特别是棒状材料，成为研究者极其关注而一直未能得到良好解决的问题，亟待进一步研究。

Janus材料仅为多重性质材料的特例。如何将两重性质扩展到多重性质，如何制备有明确分区的多重性质材料，如何发展出一种具有普适性的方法，都是多重性质材料制备过程中必须解决的问题。而具有多重性质纳米、亚微米材料这个概念将会极大拓宽新材料的范畴，越来越多具有独特多重性质材料将会成为新材料研发的一条重要且必经之路。

发明内容

本发明的目的是提供一种表面具有多重性质的棒状材料及其制备方法。

本发明提供的制备表面具有多重性质的棒状材料的方法，包括如下步骤：

1)以多孔材料为模板制备纤维，得到内含纤维的多孔材料；

2)将所述步骤1)所得内含纤维的多孔材料包埋于聚合物材料中，除去所述多孔材料后，再用同种所述聚合物材料进行二次包埋，得到纤维包埋材料；

3)将所述步骤2)所得纤维包埋材料进行切片，将所得切片的一端进行保护得到保护层后，对所得切片的另一端进行A₁改性后，去除所述保护层，再对已去除保护层的一端进行A₂改性，再去除所得产物中的所述聚合物材料，得到所述表面具有多重性质的棒状材料。

上述方法的所述步骤1)中，所述多孔材料选自多孔阳极氧化铝模板、多孔聚碳酸酯模板和多孔陶瓷模板中的至少一种；孔径为0.005-10um，孔截面为圆形、三角形或六边形，孔深为10-100um；

构成所述纤维的材料选自无机材料、有机材料和金属材料中的至少一种；所述无机材料选自硅的氧化物和钛的氧化物中的至少一种；所述金属材料选自金、银、铂、铁、铝、钴、镍、铬、锡、锰和钯中的至少一种；所述有机材料聚苯乙烯、聚丙烯酸酯类，聚丙烯酸类和聚苯胺类聚合物中的至少一种。

根据制备需要，可对多孔材料模板的孔道内壁进行适当处理，故所述制备表面具有多重性质的棒状材料的方法，还包括如下步骤：在所述步骤1)之前，将所述多孔材料用改性剂进行改性。

所述将多孔材料用改性剂进行改性步骤中，改性剂为X-C_nH_2n-Si-R₃所示硅烷偶联剂；所述X-C_nH_2n-Si-R₃中，R为-OCH₃、-OCH₂CH₃或-Cl；n为0-121的整数；X为-CH₃、-ph或-ph-Cl；所述改性步骤中，溶剂选自碳原子总数为1-5的醇、碳原子总数为6-12的烷烃、苯、甲苯、氯苯、溴苯和二甲苯中的至少一种；所述改性剂在所述溶剂中的浓度为1mM-100mM。

该步骤中，各种常用的以多孔材料为模板的制备方法均适用，如溶胶-凝胶法、电沉积法或原位聚合法；在实际制备过程中，可通过内部生长不同厚度的管状结构，对所需纤维的尺度进行连续性调节。