包含生物合成納米材料的復合材料制造技術

本發明專利技術描述了復合材料，其包括聚合物材料和分散在該聚合物材料中的納米級材料。該納米級材料可以是生物合成的，如硒還原芽孢桿菌合成的碲納米棒。本發明專利技術的復合材料可具有光限幅性質，且可用于光限幅器件。

【技術實現步驟摘要】
【國外來華專利技術】包含生物合成納米材料的復合材料相關申請的交叉引用本申請要求2008年11月3日提交的美國臨時專利申請第61/110，856號和2008 年11月4日提交的美國臨時專利申請第61/111，2 號的優先權，其全文通過引用納入本文。關于聯邦資助研究的聲明本專利技術是在美國地質調查局(United States Geological Survey)與國家航空航天局宇宙生物學計劃的基金號DE-FG36-08G088008的政府資助下完成的。政府對本專利技術擁有某些權利。本專利技術的補充資助由愛爾蘭科學基金會基金號08/CE/I1432資助。
技術介紹
過去十年中出現了含有碳基納米材料的經設計聚合物復合材料，例如碳納米管和富勒烯(包括這些種類的功能化形式)。這些材料在本文中稱為碳基納米復合材料。由于包含了碳基納米材料，碳基納米復合材料具有有益的電學、光學和機械性質。已經對碳基納米復合材料在光伏、場發射裝置、導電線路和結構元件中的潛在應用有所研究。盡管對碳基納米復合材料有強烈興趣，這些系統的開發受到各種障礙的牽制，包括例如，碳基納米材料填料的得率和手性控制。含有無機材料(例如，玻璃纖維)的聚合物復合材料已經為人所知一段時間，但含有無機納米材料(例如，無機量子點和納米棒)的經設計聚合物復合材料出現較慢。這些材料在本文中稱為無機基納米復合材料。有機納米材料合成的合成障礙同樣妨礙了某些無機納米材料的合成。與化學合成形成鮮明對比，生物合成(特別是無機材料)公知是高效、 環境友好的，并能生產出標準化學方法無法復制的結構。此外，生物合成的無機納米材料可具有達到或超越某些用途的有機納米材料的性質。鑒于前述內容，聚合物基質中分散有生物合成無機納米材料的無機基納米復合材料可能在多種應用中具有顯著優點。這些無機基納米復合材料可利用生物合成無機納米材料所獨有的性能改善。專利技術概述在各種實施方式中，本專利技術描述了包括聚合物材料和分散在該聚合物材料中的生物合成納米級材料的復合材料。本專利技術中描述的復合材料的其它實施方式涉及包括聚合物材料和分散在該聚合物材料中的生物合成碲納米棒的復合材料，其中生物合成碲納米棒具有非線性的光限幅響應(optical limiting response)。在其它各種實施方式中，本專利技術描述的復合材料包括聚合物材料和分散在該聚合物材料中的碲納米棒。在其它各種實施方式中，本專利技術還描述了光限幅器件(optical limiting device)，其中包括含有聚合物材料和分散在該聚合物材料中的生物合成納米級材料的復合材料。在一些實施方式中，碲納米棒是生物合成的。在一些實施方式中，碲納米棒是由硒還原芽孢桿菌(Bacillus selenitireducens)生物合成的。前述內容相當寬泛地描述了本
技術實現思路
的特征和技術優點，以便更好地理解以下的詳細說明。以下描述的本
技術實現思路
的附加特征和優點構成本專利技術要求的主題。附圖簡要說明為了更完全地理解本專利技術及其優點，結合附圖參照以下描述來描述本專利技術的具體實施方式，圖中附圖說明圖1顯示了散射中心是如何在本專利技術的復合材料中形成的示意圖；圖2為硒還原芽孢桿菌表面上的Te納米棒單體及聚結后碎片的說明性電子顯微圖；圖3為顯示了從細胞表面脫落之前呈“玫瑰花結”形式的Te納米棒的說明性電子顯微圖；圖4A和4B顯示了清洗除去細菌和細胞碎片后呈“玫瑰花結”形式的Te納米棒的說明性電子顯微圖；圖5顯示了固態Te納米棒的說明性拉曼光譜；圖6顯示了 1Te納米棒的說明性UV-VIS吸收光譜；圖7A顯示了分散在甲苯中的PmPV和1Te納米棒/PmPV納米復合材料的說明性 UV-VIS吸收光譜；圖7B顯示了消去了 PmPV對吸收的影響后Te納米棒/PmPV納米復合材料中Te納米棒的說明性UV-VIS吸收光譜；圖8顯示了說明性ζ掃描測量系統的示意圖；圖9A顯示的示意圖證明，Te納米棒/PmPV納米復合材料在532納米和1064納米的非線性光限幅響應為輸入能量密度的函數；而圖9B是歸一化透射-輸入能量密度(J cm-2)的示意圖，其中標注了歸一化線性透射的透射率跌至50%時的光限幅閾值。專利技術詳述在以下描述文字中，使用某些細節，例如特定的量、尺寸等，幫助全面理解本專利技術描述的實施方式。但是，本領域普通技術人員應理解的是，本專利技術可以在沒有這些具體細節的情況下實施。在許多情況下，關于這些問題的細節等都被省略，這是因為這些細節并非完全理解本專利技術所必需的，而且相關領域的普通技術人員對此也是力所能及的。參見所有附圖，應理解為描述本專利技術的具體實施方式進行的說明，這些說明不構成對本專利技術的限制。附圖不一定按比例繪制。盡管本專利技術中多數術語是本領域普通技術人員已知的，但是應當理解，在未明確定義的情況下，術語的含義應當是本領域技術人員目前所接受的含義。當術語的構建使其無意義或基本無意義的情況下，其定義應取自韋氏詞典(Webster' s Dictionary)第3版。 不應納入其它相關或無關的專利申請、專利、或出版物中的定義和/或解釋，除非本說明書中特別說明或為保持有效性必須納入。已知通過各種細菌和其它動物生產了大量的生物合成礦物質。通常，這些生物合成礦物質得到使用標注化學合成所無法得到的粒度或晶體狀態。這些生物合成礦物質可具備顯著不同于礦物散料或非生物途徑制備的礦物質的性質。礦物質，特別是納米級材料的生物合成在通過經濟且環境友好的方法大量生產這些物質上具有可觀的潛力。此前尚未研究過的生物合成納米級材料的一種應用涉及復合材料的制備。在各種實施方式中，本專利技術描述了包括聚合物材料和分散在該聚合物材料中的生物合成納米級材料的復合材料。在一些實施方式中，生物合成的納米級材料包括，例如碲納米棒、碲納米球、硒納米球、硫化砷(III)納米管、硒化鎘納米晶體和硒化鋅納米晶體。在一些實施方式中， 該納米級材料是半導體。在其它實施方式中，該納米級材料是金屬。在其它實施方式中，該納米級材料具有光限幅性能。在以下實施方式中，該光限幅性能是對不同強度光的非線性響應。光限幅過程包括限制并減弱強激光脈沖和其它電磁輻射的聚焦光束的影響。光限幅器件常用于降低透過材料的損傷性光照水平，從而保護激光或其它強光源(例如，弧焊機)操作工的視力。光限幅的一種方法采用了在高光照水平(高強度)時透射率降低的材料。對于如上所述的保護性應用，理想地，光限幅器透射率降低的響應應快且飽和閾值低。為了最佳的保護，在一些實施方式中，光限幅器理想地顯示從電磁光譜的可見光到紅外或者近紅外區范圍內的寬帶光限幅性質，且在其它實施方式中，延伸至電磁光譜的紫外和 X-射線區。復合材料中光限幅性質的形成有兩種主要機理。第一種機理是非線性吸收，第二種是非線性散射。非線性吸收可進一步分為以下機理，包括多光子吸收(multi-photon absorption)(例如，有機分子或晶體)、逆向可飽禾口吸收(reverse saturable absorption) (例如，富勒烯、酞菁、嚇啉、或具有重金屬如^Vg的生色團)和游離載體吸收(free-carrier absorption)(例如，半導體納米顆粒或金屬納米復合材料)。非線性散射可以由多種物理現象產生，例如，暴露于強光后形成溶劑氣泡作為散射中心、復合材料中的納米顆粒離子化本文檔來自技高網...

【技術保護點】
１．一種復合材料，其包含：聚合物材料；和分散在該聚合物材料中的碲納米棒。

【技術特征摘要】
【國外來華專利技術】...

【專利技術屬性】
技術研發人員：S·柯倫，
申請(專利權)人：休斯敦大學，
類型：發明
國別省市：US