专利名称：一种分子基自组装的高长径比有机线材及其制备方法
技术领域：
本发明属于功能材料和微纳米技术领域，具体涉及一种由分子基自组装的具有高长径比的有机线材及其制备方法。
背景技术：
新材料的合成制备是科学研究以及高新技术应用的基础。材料的形式多种多样，包括粉体材料、薄膜材料、多孔材料以及线材等。宏观尺度的线材可以做得很长，操作起来也很方便。有特定功能性质的材料，如果横向尺寸在微米和亚微米尺度，轴向长度通常很难达到宏观尺度。衡量一种线材好坏的最重要指标之一，就是线材的长径比，即轴向长度与横向宽度之比。这一指标直接关系到线材的可使用性能。
功能信息材料和光电子技术对所用材料有特殊的要求，不仅要有良好的光电磁功能性质，还对材料的耐热性能和力学性能有较高的要求。许多有机分子材料具有良好的电学和力学性能，但是有机分子材料往往热学和力学性能欠佳，因此能够取得实际应用的材料并不多。
无机盐材料由于其组分以正负电荷离子的形式存在，表现出刚性和脆性；与无机盐材料相反，有机分子固体材料由于分子间力较弱，柔韧性有余而刚性和强度不足。如何将两者的优点结合起来，是材料研究中的关键问题之一。
二亲离子有机分子是一类比较特殊的分子材料，这类分子属于有机化合物，但是电中性的这类分子存在明显的正负电荷分离特征，分子间相互作用还有静电力参与。这类分子兼具有机材料和无机盐材料的优点，这种优势互补的特征在功能新材料领域中极具竞争力。
发明内容
本发明的目的在于提出一种具有高长径比的有机线材，线材的宽度在亚微米～微米量级，而线材的长度可以达到毫米～厘米量级。
本发明提出的高长径比有机线材，采用二亲离子化合物分子材料，通过分子自组装方法在溶液中生长获得。这类总体电中性的有机分子存在明显的正负电荷分离特征。
在二亲离子化合物固体中，分子间存在正负电荷相互作用以及其他类型的相互作用(比如氢键相互作用)。这种较强的相互作用力能够维持高长径比线材的形状、结构和聚集形态，线材是自支撑的，并且可以不断裂。
本发明提出用于制作这种高长径比线材的分子材料采用3-羟基-2-(4-吡啶基)-1，4-萘醌(英文名称为3-hydroxy-2-(4-pyridyl)naphthalene-1，4-dione)。这种分子材料的结构如下式(A)所示。([1]徐伟，邹振光，吕银祥，一种吡啶基醌衍生物材料及其制备方法，发明专利申请号200510111254.1) 由于存在自发质子迁移，该种分子通常以式(B)所示的内盐形式存在。在聚集体中分子间的相互作用力较强，能够形成高长径比的、自支撑的有机线材。
本发明还提出这种分子基有机线材的制备方法该有机线材的制备采用自组装方法在溶液中生长获得。
方法一将3-羟基-2-(4-吡啶基)-1，4-萘醌溶于去离子水中；在静置状态下，让水缓慢蒸发，使溶液浓度达到饱和或者过饱和状态。3-羟基-2-(4-吡啶基)-1，4-萘醌分子通过自组装过程自发形成线材。静置时间通常为数天～数月。采用这种方法制得的线材宽度在微米尺度，长度可以达到厘米尺度。
方法二将3-羟基-2-(4-吡啶基)-1，4-萘醌溶于去离子水中，加热溶解，溶液温度50～100℃，在自然冷却的过程中，析出自组装的线材。采用这种方法制得的线材宽度在亚微米或微米尺度，长度可以达到毫米到厘米尺度。
方法三将3-羟基-2-(4-吡啶基)-1，4-萘醌溶于去离子水中，加热溶解，溶液温度50～100℃，立即用冰水浴冷却，析出自组装的线材。采用这种方法制得的线材宽度通常在亚微米尺度(几百纳米)。
采用本发明的方法制备有机基线材，操作方便，劳动强度很低。在实际生产时，只需要多准备容器即可；如果采用流水操作，工作效率很高。该有机线材可作为特种纤维、光电功能材料、光纤材料、传感材料以及场发射材料，获得广泛应用。
图1为实施例1的扫描电子显微镜图像。其中(a)和(b)为不同区域，不同放大倍率的图像。
图2为实施例2的扫描电子显微镜图像。
图3为实施例3的扫描电子显微镜图像。
具体实施例方式
实施例10.05克3-羟基-2-(4-吡啶基)-1，4-萘醌溶于过量水，室温下静置1～3个月，让水缓慢蒸发，溶液中会自发长出有机线材。线材的长度可超过1厘米，扫描电子显微镜(SEM)图像显示线材的宽度在微米尺度，如图1所示。
实施例2将0.05克3-羟基-2-(4-吡啶基)-1，4-萘醌加入10毫升水中，加热至50-100℃溶解，在室温下自然冷却，溶液中会自发析出有机线材。SEM图像如图2所示，线材宽度在微米或亚微米尺度。
实施例3将0.05克3-羟基-2-(4-吡啶基)-1，4-萘醌加入10毫升水中，加热至50-100℃，溶解，用冰水浴冷却，溶液中会立即析出有机线材。线材宽度通常为数百纳米，SEM图像如图3所示。
权利要求
1.一种高长径比有机线材，其宽度为亚微米的微米量级，长度为毫米—厘米量级，其特征在于该线材采用分子材料3-羟基-2-(4-吡啶基)-1，4-萘醌，通过分子自组装方法在溶液中生长获得。
2.一种如权利要求1所述的有机线材的制备方法，其特征在于将3-羟基-2-(4-吡啶基)-1，4-萘醌熔于水中，在水溶液中通过分子自组装过程生长而成。
3.根据权利要求2所述的有机线材的制备方法，其特征在于具体步骤如下将3-羟基-2-(4-吡啶基)-1，4-萘醌溶于去离子水中，在静置状态下让水缓慢蒸发。3-羟基-2-(4-吡啶基)-1，4-萘醌分子通过自组装过程自发形成线材，线材宽度在微米尺度，长度可以达到厘米尺度；或者将3-羟基-2-(4-吡啶基)-1，4-萘醌溶于去离子水中，加热溶解，溶液温度50～100℃，然后自然冷却，析出自组装的线材，线材宽度在亚微米～微米尺度，长度在毫米～厘米尺度；或者将3-羟基-2-(4-吡啶基)-1，4-萘醌溶于去离子水中，加热溶解，溶液温度50～100℃，立即用冰水浴冷却，析出自组装的线材，线材宽度在亚微米尺度。
4.一种如权利要求1所述的高长径比有机线材作为特种纤维、光电功能材料、光纤材料、电极材料、传感材料以及场发射材料的应用。
全文摘要
本发明属于功能材料和微纳米技术领域，具体涉及一种具有高长径比的有机线材及其制备方法。该有机线材采用二亲离子化合物分子材料通过分子自组装方法在溶液中生长获得，制备方法简单。这种有机线材的直径在微米或亚微米量级，长度可达到厘米量级。本发明提出的有机线材可作为特种纤维使用，在光电子技术领域有特殊用途。此外，在电极材料、传感材料以及场发射材料领域具有应用价值。
文档编号C07D213/50GK1896061SQ200610027199
公开日2007年1月17日 申请日期2006年6月1日 优先权日2006年6月1日
发明者徐伟, 邹振光 申请人:复旦大学