具有不同功能屬性面的納米結構的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基本扁平的帶有第一個面和第二個面的納米片層結構，第一個面具有與第二個面實質上不同的屬性。這種納米片層結構在某些各向異性的條件，例如相分離界面，剪切應力，摩擦，溫度梯度，黏度，密度，和/或以上的組合，下可以具有自組裝性。
【專利說明】具有不同功能屬性面的納米結構
[0001] 本申請要求2012年6月1日提交的美國臨時申請No. 61/654089的權益，該臨時 申請的全部內容通過引用合并于此。

【技術領域】
[0002] 本發(fā)明是關于納米技術和材料科學領域。納米技術可以包括納米結構，納米結構 的化學組分，包含有納米結構的設備以及利用了從結構的物理尺寸衍伸出的特殊性質的納 米結構的特殊應用。更具體地說，本發(fā)明公開是針對納米片層結構。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0003] 之后的細節(jié)描述參考附帶的圖片。
[0004] 這張圖片是從概念上對包括第一個功能面和第二個功能面的納米結構的闡釋。

【具體實施方式】
[0005] 綜述
[0006] 雖然有許多納米結構具有一些源于它們尺寸的本征屬性，本發(fā)明公開了一種方法 其中新屬性不僅來源于納米結構的尺寸，也來源于納米結構的形狀和。根據(jù)本發(fā)明公開所 述的納米結構可以具有導致其在如下條件例如，但不局限于，相界，剪切應力，摩擦，表面應 力的不同，和/或溫度梯度下顯示出自組裝能力的各向異性。
[0007] 本發(fā)明描述了一個三維的物體在其中至少一個方向上尺寸小于100納米，第二和 第三個方向上尺寸實質上大于100納米。這個物體可以包括第一表面和第二表面，第一表 面與第二表面具有實質上不同的屬性。不同的表面屬性可以是不同的化學結構或相同的化 學結構但不同的排列方向，晶體結構，缺陷，取代摻雜劑或其它性質引起的性能上的實質不 同。例如但不局限于，表面屬性可以包括表面終止狀態(tài)，表面能，親水性，熱導率，熱膨脹系 數(shù)，反應活性和導電性。通過應用所述物體第一表面和第二表面性質的不同，包括所述物體 的顆粒狀物質可以被構成同時具有多種不同的表面屬性。
[0008] 在一些實施方式中，所述物體可以用一種自上至下的方法制出或，在另一些實施 方式中，所述物體可以用一種自下至上的方法制出。
[0009] 多種不同的實施例子和實施方式在以下文字中被描述到。然而，這些例子僅作為 闡釋之用，其它對具有不同功能屬性面的納米結構的實施方式可以被執(zhí)行而不偏離本公開 的范圍。
[0010] 闡釋性的具有不同功能屬性表面的納米結構
[0011] 圖中顯示的實施例是作為一個例子來展現(xiàn)的。圖中顯示的組成部分如果有必要可 以被合并來造出不同構成方式的具有不同功能屬性表面的納米結構。在某些構成方式中圖 中顯示的組成部分可以被重新排列，修飾，重復，和/或略去。
[0012] 實施例一
[0013] 如圖所示，一些實施方式可以采用自上而下的方法來制備第一個面102和第二個 面104具有不同屬性的納米結構100。一個1比1的層狀材料，例如層狀硅酸鹽中的一種， 可以被提供。層狀硅酸鹽組可能包括，但不局限于，高嶺土，蛇紋石和綠泥石。1比1的層狀 材料的晶體結構可以包括結構上不同的片層。機械粉碎技術可以被用來降低這種材料的顆 粒尺寸。這種材料可以顯示出層狀脫水屬性。層狀脫水可以發(fā)生在某些溫度下當一個水合 材料的交替層傾向于脫水而其他層保持水合時。在最初的降低顆粒尺寸之后（例如通過機 械粉碎的方法），片層分離可以通過超聲，熱處理，剪切應力，電磁場或其它方法，分別或同 時使用來獲得。
[0014] 在一個特殊例子中，一種蛇紋石粉末用Spex SamplePrep⑧8000M高能球磨機 干磨至平均顆粒尺寸小于1微米。球磨后，將粉末加熱至400°C維持8個小時以造成層狀脫 水。樣品失重百分之三到百分之四，而完全的脫水將導致樣品失重百分之十三。之后，所得 的粉末用Cole-Parmer⑧300W超聲處理器在乙醇中超聲分散一個小時。所得的片狀顆粒 觀察到在其一面具有變形氧化鎂結構，另一面具有四面體二氧化硅結構。在一些實施例中， 包括氧化鎂結構的一面可能結合到金屬表面，暴露出具有二氧化硅結構的一面。
[0015] 實施例二
[0016] 在第二種實施方式中，具有兩個不同面的納米結構可以采用一種自下而上的方法 來合成，例如直接合成層狀納米片層結構之后再對其中一面進行改性。
[0017] 在一個特殊例子中，精磨的鎂橄欖石粉末與偏硅酸鈉混合后在250°C在一個 Biotage? Advancer Kilobatch微波高壓反應器里微波水熱合成三個小時。所得的粉末 用一臺300瓦的超聲處理器分散在乙醇中。沉淀的方法被用來從大顆粒的宿主鎂橄欖石上 分離合成的納米片層結構。
[0018] 其它方法也可以被用來制備第一個面和第二個面具有實質上不同屬性的納米結 構。一些示例的方法可以包括光刻技術，化學或等離子氣相沉積一種材料在納米結構的第 一個面或第二個面上。例如，金或鉬可以被沉積在滑石或二硫化鑰的納米片層結構上。
[0019] 結論
[0020] 雖然本公開使用的語言是針對結構性質和/或方法學上的行為，需要了解的是本 公開的范圍不局限于所描述的特殊性質或行為。相反，所述特殊性質和行為的公開是為了 闡明實施的形式。
【權利要求】
1. 一種納米結構包括： 至少在一個方向上尺寸小于1〇〇納米； 一個具有第一屬性的第一表面；和 一個具有第二屬性的第二表面，第一屬性與第二屬性不同。
2. 根據(jù)權利要求1所述的納米結構，其中第一表面包括第一種物質組分且第二表面包 括不同與第一種物質組分的第二種物質組分。
3. 根據(jù)權利要求1所述的納米結構，其中第一表面和第二表面構成所述納米結構以響 應一種各向異性的條件。
4. 根據(jù)權利要求3所述的納米結構，其中所述納米結構被構成為通過顯示自組裝性能 來響應。
5. 根據(jù)權利要求3所述的納米結構，其中所述納米結構響應的各向異性條件包括以下 至少一種： 相界； 剪切應力； 摩擦； 表面張力的不同；或 溫度梯度。
6. 根據(jù)權利要求1所述的納米結構，其中第一屬性包括第一個面與金屬表面結合并暴 露出第二個面的能力。
7. 根據(jù)權利要求1所述的納米結構，其中所述納米結構包括一種納米片層結構。
8. 根據(jù)權利要求1所述的納米結構，其中所述第一表面包括第一化學結構，且所述第 二表面包括與所述第一化學結構不同的第二化學結構。
9. 根據(jù)權利要求1所述的納米結構，其中所述第一表面包括具有第一排列方向的化學 結構，且所述第二表面包括具有第二排列方向的化學結構，所述第二排列方向與所述第一 排列方向不同。
10. 根據(jù)權利要求1所述的納米結構，其中所述第一表面包括第一晶體結構，且所述第 二表面包括與所述第一晶體結構不同的第二晶體結構。
11. 根據(jù)權利要求1所述的納米結構，其中所述第一表面包括第一缺陷或摻雜劑，且所 述第二表面包括與所述第一缺陷或摻雜劑不同的第二缺陷或摻雜劑。
12. 根據(jù)權利要求1所述的納米結構，其中所述第一屬性包括第一表面終止狀態(tài)，且所 述第二屬性包括不同于所述第一表面終止狀態(tài)的第二表面終止狀態(tài)。
13. 根據(jù)權利要求1所述的納米結構，其中所述第一特性包括第一表面能，且所述第二 特性包括不同于所述第一表面能的第二表面能。
14. 根據(jù)權利要求1所述的納米結構，其中所述第一屬性包括第一親水性，且所述第二 屬性包括不同于所述第一親水性的第二親水性。
15. 根據(jù)權利要求1所述的納米結構，其中所述第一屬性包括第一熱導率，且所述第二 屬性包括不同于所述第一熱導率的第二熱導率。
16. 根據(jù)權利要求1所述的納米結構，其中所述第一屬性包括第一熱膨脹系數(shù)，且所述 第二屬性包括不同于所述第一熱膨脹系數(shù)的第二熱膨脹系數(shù)。
17. 根據(jù)權利要求1所述的納米結構，其中所述第一屬性包括第一反應活性，且所述第 二屬性包括不同于所述第一反應活性的第二反應活性。
18. 根據(jù)權利要求1所述的納米結構，其中所述第一屬性包括第一導電性，且所述第二 屬性包括不同于所述第一導電性的第二導電性。
19. 一種制備具有各向異性的納米結構的方法包括： 將材料的顆粒尺寸降低到小于1微米的平均顆粒尺寸，所述材料包括結構上不同的片 層；和 采用層狀脫水來分離材料的不同片層。
20. 根據(jù)權利要求19所述的方法，其中所述材料包括層狀硅酸鹽中的一種。
21. 根據(jù)權利要求19所述的方法，其中所述材料包括高嶺土，蛇紋石或綠泥石。
22. 根據(jù)權利要求19所述的方法，其中降低材料的顆粒尺寸包括對材料進行機械粉 碎。
23. 根據(jù)權利要求19所述的方法，其中層狀脫水是通過超聲，熱處理，剪切應力，電磁 場或它們的組合來實現(xiàn)的。
24. -種合成具有各向異性的納米結構的方法包括： 將第一材料與不同于所述第一材料的第二材料混合，以形成混合物； 使所述混合物經(jīng)受合成反應，以形成合成的納米片層，所述納米片層在一個面上具有 所述第一材料且在第二面上具有第二材料； 將合成的納米片層在載體中分散；和 將合成的納米片層與宿主顆粒分離。
25. 根據(jù)權利要求24所述的方法，其中所述第一材料包括鎂橄欖石粉末。
26. 根據(jù)權利要求25所述的方法，其中所述第二材料包括偏硅酸鈉。
27. 根據(jù)權利要求24所述的方法，其中所述合成反應包括微波水熱合成。
28. 根據(jù)權利要求24所述的方法，其中將合成的納米片層在載體中分散包括使用超聲 處理器在乙醇中分散所述納米片層。
29. 根據(jù)權利要求24所述的方法，其中將合成的納米片層與宿主顆粒分離通過沉淀來 執(zhí)行。
【文檔編號】B82Y40/00GK104395229SQ201380028992
【公開日】2015年3月4日 申請日期:2013年6月1日 優(yōu)先權日:2012年6月1日
【發(fā)明者】P·魯?shù)强? 申請人:P·魯?shù)强?br>