物理所多尺度有序多孔材料制备研究取得新进展

物理所多尺度有序多孔材料制备研究取得新进展

    最近，中国科学院物理研究所北京凝聚态物理国家实验室的孟庆波研究组与中科院力学研究所研究员王育人、物理研究所研究员张道中合作，研发出一种快速红外辅助协同自组装方法制备多尺度有序多孔膜。该成果已申请两项国家发明专利，具有100%的自主知识产权。相关成果发表在近期出版的J. Am. Chem. Soc. (130, 9785-9789, 2008)上。

    高度有序多孔材料具有独特的光学性质——光子带隙。它可被用于操控光的传播，在光学器件方面有着巨大的应用前景，如制造新型的全光开关、发光二极管、激光器、光波导等。同时，多尺度有序多孔膜材料可用作催化剂载体、染料敏化太阳能电池光阳极、膜反应器等，并在离子交换、色谱分析、传感器等方面也有潜在的应用前景。因此，如何高效制备多尺度有序多孔材料引起了人们的广泛关注和研究兴趣。

    近年来，孟庆波研究组一直致力于胶体光子晶体的自组装方法研究，先后发展了协同自组装法、控温等压自组装法，使制备的胶体光子晶体质量有明显提高，同时制备时间从几天缩短到几个小时。但是，这些方法在快速协同自组装有序多孔薄膜遇到了新的困难，即快速生长时纳米颗粒在胶体小球间输运造成的阻滞效应大大抑制了胶体小球的有序堆积，因而很难制备高质量的有序多孔膜。

    在前期工作基础上，研究人员此次发展出的多尺度有序多孔材料的快速自组装制备方法，利用特征红外光技术加快晶体生长前沿处液体流动速率和纳米颗粒的输运速率，既有效抑制了阻滞效应，又不改变原有的体相生长条件，从而成功制备了多尺度有序多孔材料。这种方法同时突破了现有的协同自组装法中普遍存在三个局限性：一是使组装胶体颗粒的尺寸和材料范围大大扩充；二是使自组装时间由原来的数小时缩短至30分钟以内；三是制备多尺度有序多孔材料质量有非常显著的提高。这种红外辅助协同自组装法具有简单、经济、高效等优点。为高度有序多尺度多孔材料的大规模应用奠定了坚实的基础，同时也为研究胶体晶体自组装机理提供了新的方法。

    该工作得到了国家自然科学基金委、中国科学院和国家科技部项目的资助。