专利摘要

本发明提供具有离子整流特性的双层结构纳米流体二极管及其制备方法，所述双层结构纳米流体二极管包括氧化铝多孔膜、以及、聚苯乙烯微球或二氧化硅微球，所述聚苯乙烯微球或二氧化硅微球分布在所述氧化铝多孔膜的表面。本发明的双层结构纳米流体二极管的制备方法具有操作简便、成本低等优点，无需复杂的制备工艺，离子整流比高，可进一步用于离子门控和浓差发电等领域。

权利要求

1.一种具有离子整流特性的双层结构纳米流体二极管，其包括氧化铝多孔膜、以及聚苯乙烯微球或二氧化硅微球，所述聚苯乙烯微球或二氧化硅微球分布在所述氧化铝多孔膜的表面，

其中所述聚苯乙烯微球或二氧化硅微球表面具有氨基或羧基官能团，

所述氧化铝多孔膜的厚度为50～800μm，孔径为10～500nm，

所述聚苯乙烯微球或二氧化硅微球颗粒的直径为20～500nm，所述聚苯乙烯微球或二氧化硅微球颗粒的厚度为100～8000nm。

2.一种权利要求1所述的具有离子整流特性的双层结构纳米流体二极管的制备方法，其包括下述工序：

通过浸泡法、滴涂法或者甩膜法使聚苯乙烯微球或者二氧化硅微球悬浮液分布在所述氧化铝多孔膜的表面的工序。

3.根据权利要求2所述的制备方法，还包括室温自然干燥1-12h的工序。

说明书

技术领域

本发明涉及生物体纳米通道仿生领域，具体涉及纳米流体二极管领域。

背景技术

生物体内存在着种类繁多和功能各异的纳米通道，它们智能地调控着生物体的各项生命活动，如物质传输、能量转换和信息传递等。离子的定向传输性能是指离子在传输时优先从通道的一侧通过，使纳米通道呈现出类似于二极管的整流特性，其是生物体纳米通道的一个重要性质。

由于生物材料在直接应用中的局限性，受生物纳米通道的启发，仿生人工纳米通道应运而生。通过仿照生物体纳米通道的结构，研究者们得到了具有离子定向传输性能的人工纳米通道，称之为纳米流体二极管。

纳米流体二极管按孔道数量可分为单纳米通道和多纳米通道，按材料可分为生物材料、有机材料、无机材料和复合材料，目前的制备方法主要包括电化学刻蚀法、重离子轰击法、径迹化学刻蚀法、粒子束雕刻法、阳极氧化法等。但是，这些方法大都存在操作复杂、成本高等缺点。因此，发展一种新型纳米流体二极管及其制备方法具有重要的意义。

发明内容

本发明人等为了解决现有技术存在的问题，经过深入研究后发现，本发明的双层结构纳米流体二极管具有离子整流特性，并且操作简单、成本低，从而完成了本发明。

本发明包括下述的构成。

本发明的一方面提供一种具有离子整流特性的具有双层结构的纳米流体二极管，其包括氧化铝多孔膜、以及、聚苯乙烯微球或二氧化硅微球，所述聚苯乙烯微球或二氧化硅微球分布在所述氧化铝多孔膜的表面。

这里的“双层结构”是指，由氧化铝多孔膜形成的层和由聚苯乙烯微球或二氧化硅微球形成的层这两层。所述聚苯乙烯微球或二氧化硅微球形成的层分布在所述氧化铝多孔膜层的表面。

这里的“离子整流特性”是指，在相同数值下的正电压、负电压下获得的电流值大小不同的特性，电流值的差距越大，整流特性越强。整流特性可以通过例如相同绝对值的正电压下的电流与负电压下的电流的比值来表示，例如，可以用+2V下的电流与-2V下的电流的比值I+2v/I-2v来表示。

本发明的双层结构纳米流体二极管中，优选的是，前述的聚苯乙烯微球或二氧化硅微球表面具有氨基或羧基官能团。通过在聚苯乙烯微球或二氧化硅微球表面具有氨基或羧基官能团。

本发明的双层结构纳米流体二极管中，优选的是，前述氧化铝多孔膜的厚度为50～800μm，孔径为10～500nm。

本发明的双层结构纳米流体二极管中，优选的是，前述聚苯乙烯微球或二氧化硅微球颗粒的直径为20～500nm，由聚苯乙烯微球或二氧化硅微球颗粒形成的层的厚度为100～8000nm。

本发明的另一方面还包括一种具有离子整流特性的双层结构纳米流体二极管的制备方法，其包括下述工序：将聚苯乙烯微球或二氧化硅微球溶液滴涂于氧化铝多孔膜表面，使所述聚苯乙烯微球或二氧化硅微球分布在所述氧化铝多孔膜的表面的工序。

进一步，本发明的制备方法还包括室温自然干燥1-12h的工序。

本发明的制备方法中，优选地，前述聚苯乙烯微球或二氧化硅微球表面具有氨基或羧基官能团。

本发明的制备方法中，优选地，前述氧化铝多孔膜的厚度为50～800μm，孔径为10～500nm。

本发明的制备方法中，优选地，前述聚苯乙烯微球或二氧化硅微球颗粒的直径为20～500nm，厚度为100～8000nm。

附图说明

图1是本发明其中一个实施例的双层结构纳米流体二极管的示意图。

图2是本发明其中一个实施例制备的双层结构纳米流体二极管横截面的环境扫描电镜图。

图3是本发明其中一个实施例制备的双层结构纳米流体二极管在测试电流-电压性能时的装置图。

图4是本发明中一个实施例制备的双层结构纳米流体二极管在1mmol/L电解液中测试得到的电流-电压曲线图。

图5是本发明中另一个实施例制备的双层结构纳米流体二极管在1mmol/L电解液中测试得到的电流-电压曲线图。

具体实施方式

本发明的双层结构纳米流体二极管的制备方法为：以市售的氧化铝多孔膜为基底，将浓度为1～50mg/mL的表面带有氨基或羧基的聚苯乙烯或SiO2微球所形成的水(或醇)基胶体悬浮液利用浸泡法、甩膜法或滴涂法负载在阳极氧化铝多孔膜基底的一侧，在室温干燥1～12小时后，得到具有非对称结构的纳米流体二极管。

对利用本发明的方法制备的双层结构纳米流体二极管进行表征和性能测试，主要包括以下几个部分：

(1)形貌表征：

采用美国FEI公司Quanta FEG 250环境扫描电子显微镜观察样品的微观形貌。具体地，利用环境扫描电镜对实施例制备的具有离子整流特性的双层结构纳米流体二极管进行形貌表征。

(2)整流特性测试：

采用美国Keithley公司6487皮安计测试样品的电流-电压性质。将实施例中得到的具有双层结构的纳米流体二极管置于自制双室电化学池中间，电化学池双室中填充pH＝5的浓度为1mmol/L的氯化钾溶液，使用1对银/氯化银电极用来施加跨膜电压，微球一侧固定为正极，利用皮安计记录不同电压下的离子电流，装置如图3。

实施例

实施例1

将氨基聚苯乙烯微球溶液(5mg/mL)50μL滴涂于氧化铝多孔膜表面，室温下干燥12小时，得到双层结构纳米流体二极管1。图2所示为实施例1中得到的双层结构纳米流体二极管的横截面图，从图1可以看出，其上层为规则排列的氨基聚苯乙烯微球结构，下表面为氧化铝多孔膜的规则的孔状结构。

对实施例1中获得的双层结构纳米流体二极管进行整流特性测试获得的电流-电压曲线如图4，离子整流比I+2V/I-2V为3.5，呈现出类似于二极管的整流性质。分析其原因可能在于：在相应pH条件下，氨基聚苯乙烯微球一侧带有正电，氧化铝一侧也带有正电且电荷密度高于氨基聚苯乙烯微球一侧，纳米流体二极管带有阴离子选择性，溶液中的氯离子会优先从氧化铝一侧运输向氨基聚苯乙烯微球一侧，所以在正电压下有利于离子传输，离子电流较大。负电压下不利于离子传输，离子电流较小。

实施例2

将羧基聚苯乙烯微球溶液(5mg/mL)50μL滴涂于氧化铝多孔膜表面，室温下干燥12小时，得到双层结构纳米流体二极管2。同样地，从扫描电镜中可以看到，实施例2中羧基聚苯乙烯微球-氧化铝纳米流体二极管的上表面为羧基聚苯乙烯微球的规则排列结构，大小约50nm，下表面为氧化铝多孔膜的规则的孔状结构，横截面可观察到明显的双层结构(未图示)。

对实施例2中得到的双层结构纳米流体二极管进行整流特性测试获得的电流-电压曲线如图5，离子整流比I+2V/I-2V为6.2，呈现出类似于二极管的整流性质。分析其原因可能如下：在相应pH条件下，羧基聚苯乙烯微球一侧带有负电，具有阳离子选择性，氧化铝一侧带有正电，具有阴离子选择性，在正电压下，钾离子从羧基聚苯乙烯微球一侧传输至氧化铝一侧，氯离子从氧化铝一侧传输至羧基聚苯乙烯微球一侧，形成了离子富集区域，离子电流较大，在负电压下，钾离子和氯离子向相反方向传输，形成了离子耗散区域，离子电流较小。

实施例3

将羧基聚苯乙烯微球溶液(5mg/mL)50μL旋涂于氧化铝多孔膜表面，室温下干燥12小时，得到双层结构纳米流体二极管3。

实施例4

将羧基聚苯乙烯微球溶液(5mg/mL)50μL使用浸泡法修饰于氧化铝多孔膜表面，室温下干燥12小时，得到双层结构纳米流体二极管4。

实施例5

将羧基聚苯乙烯微球溶液(5mg/mL)50μL滴涂于氧化铝多孔膜表面，室温下干燥6小时，得到双层结构纳米流体二极管5。

实施例6

将羧基聚苯乙烯微球溶液(25mg/mL)50μL滴涂于氧化铝多孔膜表面，室温下干燥12小时，得到双层结构纳米流体二极管6。

对实施例3～6中获得的双层结构纳米流体二极管3～6进行形貌表征和整流特性测试。通过形貌表征可以看出，双层结构纳米流体二极管3～6的表面为微球的规则排列结构，下表面为氧化铝多孔膜的规则的孔状结构,且均具有整流特性。

在不背离本发明的范围或精神的情况下，可对本发明说明书的具体实施方式做多种改进和变化，这对本领域技术人员而言是显而易见的。由本发明的说明书得到的其他实施方式对技术人员而言是显而易见得的。本申请说明书和实施例仅是示例性的。

具有离子整流特性的双层结构纳米流体二极管及其制备方法专利购买费用说明

Q：办理专利转让的流程及所需资料

A：专利权人变更需要办理著录项目变更手续，有代理机构的，变更手续应当由代理机构办理。

1：专利变更应当使用专利局统一制作的“著录项目变更申报书”提出。

2：按规定缴纳著录项目变更手续费。

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4：专利权转移的，变更后的专利权人委托新专利代理机构的，应当提交变更后的全体专利申请人签字或者盖章的委托书。

Q:专利著录项目变更费用如何缴交

A：（1）直接到国家知识产权局受理大厅收费窗口缴纳,（2）通过代办处缴纳，（3）通过邮局或者银行汇款,更多缴纳方式

Q：专利转让变更，多久能出结果

A：著录项目变更请求书递交后，一般1-2个月左右就会收到通知，国家知识产权局会下达《转让手续合格通知书》。