專利名稱：一種利用陽離子腐蝕法制備多孔單分子薄膜材料的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及薄膜材料制備領(lǐng)域，特別是指一種多孔單分子薄膜材料的制備方法。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有技術(shù)在制備多孔材料時(shí)，通常采用模板合成法。模板合成法首先制備顆粒模板，再將顆粒模板嵌入到成膜材料中，待固化后將顆粒模板除去，從而形成多孔材料。發(fā)明人在實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的過程中，發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有技術(shù)至少存在以下缺點(diǎn)利用模板合成法制備多孔材料時(shí)，所用的顆粒模板很難完全除去，會(huì)殘留一部分在多孔材料上，進(jìn)而影響多孔材料的性能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種多孔單分子薄膜材料的制備方法，能夠制備超薄多孔薄膜，并且保證薄膜的平整性，不引入其它雜質(zhì)。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的實(shí)施例提供技術(shù)方案如下一方面，提供一種多孔單分子薄膜材料的制備方法，包括利用Langmuir-Blodgett (LB)技術(shù)在基底上制備單分子膜，調(diào)整制備LB膜時(shí)的表面壓以控制薄膜的致密性。將單分子膜浸入到鹽溶液中腐蝕獲得多孔結(jié)構(gòu)。通過調(diào)整浸泡時(shí)間，鹽溶液濃度，溶液陽離子的價(jià)態(tài)以及拉膜時(shí)的表面壓來控制孔的大小和覆蓋面積。其中，所述LB膜的成膜材料為硬脂酸，溶劑為正己烷，所配成的硬脂酸溶液的濃度為2mM/L。其中，所述鋪展溶液滴加在亞相(去離子水)表面的容量為15yL，等待自組裝時(shí)間為IOmin。其中，所述壓膜速度為8cm7min。通過設(shè)定不同表面壓來控制LB膜的致密性。其中，所述在不同表面壓下的拉膜速度為2mm/min。其中，所述基底為親水性基底。其中，所述基底為云母。其中，所述鹽溶液為氯化鈉、氯化鎂溶液。本發(fā)明的實(shí)施例具有以下有益效果上述方案中，首先利用Langmuir-Blodgett(LB)技術(shù)，在云母基底上制備單分子膜。通過控制拉膜時(shí)的表面壓來控制薄膜的致密性。將單層膜浸入鹽溶液腐蝕后會(huì)形成多孔結(jié)構(gòu)，通過控制浸泡時(shí)間，鹽溶液的濃度，溶液陽離子的價(jià)態(tài)以及拉膜時(shí)的表面壓來控制孔的大小和覆蓋面積。通過此方法可以得到非常平整的不含其它雜質(zhì)的多孔單分子薄膜， 避免了模板合成法中模板物質(zhì)殘留在多孔材料上的問題。


圖1為本發(fā)明實(shí)施例的多孔單分子薄膜材料的制備方法流程示意圖；圖2為本發(fā)明實(shí)施例的成膜材料硬脂酸的結(jié)構(gòu)式示意圖；圖3為本發(fā)明實(shí)施例的多孔單分子薄膜材料的制備流程示意圖。
具體實(shí)施例方式為使本發(fā)明的實(shí)施例要解決的技術(shù)問題、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合附圖及具體實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)描述。本發(fā)明的實(shí)施例針對現(xiàn)有技術(shù)中利用模板合成法制備多孔材料時(shí)，所用的顆粒模板無法完全去除的問題，提供一種多孔薄膜材料的制備方法，能夠保證薄膜的平整性，不引入其他雜質(zhì)。Langmuir-Blodgett技術(shù)是一種構(gòu)建有序分子薄膜的技術(shù)，把空氣/液體界面上的有序單分子膜轉(zhuǎn)移到固體表面上所組裝成的薄膜成為Langmuir-Blodgett膜。這種技術(shù)可以在分子水平上精確控制薄膜的厚度，因此被廣泛應(yīng)用到薄膜材料的制備中。本發(fā)明利用LB技術(shù)，在云母基底上制備出單分子膜，再將制備的LB單分子膜浸入到鹽溶液中腐蝕得到多孔結(jié)構(gòu)，孔的大小和覆蓋面積可以通過調(diào)整浸泡時(shí)間，鹽溶液濃度，溶液陽離子的價(jià)態(tài)以及拉膜時(shí)的表面壓來控制。圖1為本發(fā)明實(shí)施例的多孔單分子薄膜材料的制備方法流程示意圖，如圖1所示， 本實(shí)施例包括步驟101 利用Langmuir-Blodgett (LB)膜制備方法在基底上制備單分子膜，調(diào)整制備LB膜時(shí)的表面壓以控制薄膜的致密性。步驟102 將單分子膜浸入到鹽溶液中腐蝕，獲得多孔結(jié)構(gòu)。步驟103 通過調(diào)整浸泡時(shí)間，鹽溶液濃度，溶液陽離子的價(jià)態(tài)以及拉膜時(shí)的表面壓來控制孔的大小和覆蓋面積。下面以制備硬脂酸單分子膜為例，具體說明本發(fā)明多孔單分子薄膜制備方法的步驟一、環(huán)境要求在制備硬脂酸單分子膜時(shí)，溫度控制在室溫條件下，整個(gè)過程都需在千級超凈間中進(jìn)行。硬脂酸分子在成膜之前是松散的漂浮在亞相(去離子水)表面上，經(jīng)過壓縮使硬脂酸分子緊密的排列在一起形成單分子膜。在將硬脂酸分子壓縮成膜的過程中，溫度越高，硬脂酸分子的熱運(yùn)動(dòng)越劇烈，分子間的距離越大，排列的越松散，不易形成較為致密的薄膜。 周圍空氣中的灰塵過多，會(huì)在制備壓縮成膜過程中落在亞相表面形成雜質(zhì)，影響薄膜的純度和平整度，進(jìn)而影響到薄膜自身的性質(zhì)。二、成膜材料及鋪展溶液制備LB膜的成膜材料首先要求是兩親分子，其次要求親水頭基極性不能太強(qiáng)，疏水碳?xì)湮叉湶灰诉^短，否則分子會(huì)溶于水中。硬脂酸分子滿足上述要求，是一種很好的成膜材料，其結(jié)構(gòu)式如圖2所示。由于成膜材料不溶于水，需要借助鋪展溶液(易揮發(fā)的有機(jī)溶齊U)鋪展到亞相表面，待鋪展溶液揮發(fā)后，只留成膜材料在亞相表面。鋪展溶液的揮發(fā)速度不宜過快，速度過快會(huì)導(dǎo)致成膜材料不能完全鋪展開，正己烷揮發(fā)速度適中，因此在制備LB
4膜過程中采用正己烷作為鋪展溶液。三、基底的選擇基底分為親水性和疏水性兩種，親水性基底比疏水基底有更高的浸潤性，而在制備硬脂酸單分子膜時(shí)，基底需要從亞相表面向上拉出，基底表面首先與硬脂酸分子的親水基團(tuán)相遇，這就要求基底為親水。由于云母具有較高的親水性，并且解離后的云母表面十分平整，而且在隨后鹽溶液對硬脂酸單分子膜腐蝕的過程，也是由于溶液中陽離子與帶負(fù)電性的云母表面相互吸引，屏蔽了硬脂酸極性分子與云母表面的經(jīng)典相互作用引起的，因此在制備硬脂酸單分子膜時(shí)選用云母作為基底。四、硬脂酸單層膜的制備在室溫下，將硬脂酸分子通過正己烷鋪展到亞相表面(去離子水)，待正己烷揮發(fā)后壓縮硬脂酸分子，使其間距不斷減小，在亞相表面形成一層單分子薄膜，通過調(diào)整成膜時(shí)表面壓的大小來控制硬脂酸單分子膜的致密性。將云母從亞相表面之下以2mm/min的速度提起，使硬脂酸單分子膜轉(zhuǎn)移到云母表面上，如圖3步驟1所示。本實(shí)施例中硬脂酸單層膜的高度約為2nm。五、多孔硬脂酸單分子膜的制備。將制備好的硬脂酸單分子膜浸入鹽溶液中。由于溶液中陽離子的存在，屏蔽了硬脂酸分子極性基團(tuán)與云母基底之間的靜電相互作用，使得硬脂酸分子脫離云母表面，使硬脂酸單分子膜形成孔狀結(jié)構(gòu)，該過程即腐蝕過程，如圖3步驟2-3所示。隨著時(shí)間的增加，這種靜電屏蔽作用不斷發(fā)生，孔的尺寸也逐漸增大，孔的覆蓋區(qū)域也逐漸增多。當(dāng)鹽溶液濃度增加時(shí)，溶液中陽離子數(shù)量會(huì)隨之增加，即更多的離子參與到腐蝕過程中來，孔的尺寸及覆蓋區(qū)域隨之增加。當(dāng)溶液中的陽離子處于高價(jià)態(tài)時(shí)，相對于低價(jià)態(tài)的陽離子(如Mg2+相對于Na+)其靜電屏蔽效果更為明顯，在相同條件下會(huì)獲得較大尺寸的孔。當(dāng)改變成膜表面壓時(shí)，硬脂酸單分子膜本身的致密性也會(huì)受到影響，表面壓較低的單分子膜，致密性相對較低，更容易被鹽溶液腐蝕，從而在相同條件下會(huì)得到較大的孔， 但是表面壓過低會(huì)導(dǎo)致薄膜的穩(wěn)定性不夠，造成大面積脫落。上述步驟說明了制備硬脂酸多孔單分子膜的過程，上述方法同樣適用于其它用來制備LB膜的成膜材料。本發(fā)明實(shí)施例中，首先制備出LB單分子薄膜，之后將其浸入鹽溶液中腐蝕，得到多孔結(jié)構(gòu)。通過調(diào)整浸泡時(shí)間，鹽溶液濃度，溶液陽離子的價(jià)態(tài)以及拉膜時(shí)的表面壓來控制孔的大小和覆蓋面積。從而實(shí)現(xiàn)多孔薄膜的制備以及對其孔徑大小的控制。以上所述是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明所述原理的前提下，還可以作出若干改進(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種多孔薄膜材料的制備方法，其特征在于，包括利用Langmuir-BlodgettaB)膜制備方法在基底上制備單分子膜，調(diào)整制備LB膜時(shí)的表面壓以控制薄膜的致密性。將單分子膜浸入到鹽溶液中腐蝕，獲得多孔結(jié)構(gòu)。通過調(diào)整浸泡時(shí)間，鹽溶液濃度，溶液陽離子的價(jià)態(tài)以及拉膜時(shí)的表面壓來控制孔的大小和覆蓋面積。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多孔薄膜材料的制備方法，其特征在于，所述LB膜的成膜材料為硬脂酸，溶劑為正己烷，所配成的硬脂酸溶液的濃度為2mM/L。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的多孔薄膜材料的制備方法，其特征在于，所述硬脂酸溶液滴加在亞相(去離子水)表面的容量為15 μ L，等待自組裝時(shí)間為 lOmin。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的多孔薄膜材料的制備方法，其特征在于，所述壓膜速度為 8cm2/min。通過設(shè)定表面壓來控制LB膜的致密性。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的多孔薄膜材料的制備方法，其特征在于，所述的在不同表面壓下的拉膜速度為2mm/min。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多孔薄膜材料的制備方法，其特征在于，所述基底為親水性基底。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的多孔薄膜材料的制備方法，其特征在于，所述基底為云母。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多孔薄膜材料的制備方法，其特征在于，所述鹽溶液為氯化鈉、氯化鎂溶液。
全文摘要
本發(fā)明提供一種多孔單分子薄膜材料的制備方法，屬于薄膜材料制備領(lǐng)域。其中，該多孔單分子薄膜的制備方法包括利用Langmuir-Blodgett(LB)技術(shù)在基底上制備硬脂酸單分子膜，調(diào)整制備LB膜時(shí)的表面壓以控制薄膜的致密性。將硬脂酸單分子膜浸入到鹽溶液中腐蝕獲得多孔結(jié)構(gòu)。通過調(diào)整浸泡時(shí)間，鹽溶液濃度，溶液陽離子的價(jià)態(tài)以及拉膜時(shí)的表面壓來控制孔的大小和覆蓋面積。本發(fā)明實(shí)施例的多孔單分子薄膜的制備方法，能夠制備超薄多孔薄膜，并且保證薄膜的平整性，不引入其它雜質(zhì)。本發(fā)明的技術(shù)方案適用于多孔材料的制備中。
文檔編號C04B41/47GK102531673SQ201210057469
公開日2012年7月4日 申請日期2012年3月7日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月7日
發(fā)明者劉波, 李銀麗, 梁浩, 王碩, 趙慧玲 申請人:河南大學(xué)