專利名稱：一種具有透明性的拉曼效應(yīng)膜的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種光學(xué)纖維膜
背景技術(shù)：
光學(xué)透明和半透明的纖維增強(qiáng)復(fù)合材料有著廣泛的應(yīng)用，可以用作可彎曲顯示器、飛機(jī)玻璃和透光的電磁波屏蔽材料。傳統(tǒng)的制備透明復(fù)合材料的方法就是在透明的樹脂中加入少量的增強(qiáng)纖維，纖維和樹脂的折射指數(shù)要匹配到小數(shù)點(diǎn)后三位以防止在纖維與樹脂的介面發(fā)生光散射。然而這種匹配是受溫度條件限制的，因此在室溫下透明的材料會隨著環(huán)境溫度的變化變得不透明。但對于納米材料來說，情況就有所不同，如果納米材料的尺寸小于可見光波長的十分之一，光在空氣與納米材料的界面就不會發(fā)生反射和折射，因為光是電磁波° 在《Optically transparent composites reinforced with networks ofbacterial nanofibers))(作者H. Yano, J. Sugiyama, A. N. Nakagaito,出版日期及頁數(shù)2005，17(2) =153-155)中報道了 50nm寬和IOnm厚的細(xì)菌纖維素在透明的纖維增強(qiáng)復(fù)合材料中所起的作用，盡管纖維的含量在復(fù)合材料中達(dá)到70%，它的透光率還是能達(dá)到80%，而且這種材料的透光率與增強(qiáng)纖維和樹脂基體的折射指數(shù)無關(guān)，因此這種復(fù)合材料可以應(yīng)用在很寬的溫度范圍內(nèi)，并能保持很好的透明度。拉曼效應(yīng)是分子的一種非彈性散射現(xiàn)象，它能提供大量的振動光譜信息，可用來確定吸附分子的種類和取向等。在一些納米銀粒子的表面上，某些分子的拉曼信號靈敏度會有所提高。早在1974年,Fleischmann等就對吸附在粗糙銀電極表面上的單層批唳分子進(jìn)行拉曼散射研究，發(fā)現(xiàn)拉曼信號有所增強(qiáng)，但他們并沒有過多地考慮這一現(xiàn)象背后的本質(zhì)問題，直到1977年Van Duyne和Creighton等在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步研究,發(fā)現(xiàn)在電極上的吡啶信號比溶液中的信號增強(qiáng)了 IO5 IO6倍，他們認(rèn)為這樣的增強(qiáng)不僅由散射分子數(shù)增加引起，同時與電極表面粗糙度也密切相關(guān)，即所謂的表面增強(qiáng)拉曼散射(surface enhancedRaman scattering)，簡稱SERS，SERS信號的產(chǎn)生需要基底表面有一定的粗糙度。這些研究使得拉曼效應(yīng)得到了廣泛的應(yīng)用，引起眾多學(xué)者對SERS基底材料的制備產(chǎn)生了濃厚興趣。目前制備SERS基底材料的方法有多種，如電化學(xué)法、旋涂法、真空蒸發(fā)沉積法、平版印刷法、自組裝納米金屬膠體和原位化學(xué)還原法等。這些方法制備的基底材料不透明且需要較復(fù)雜的儀器，如電化學(xué)儀器、旋涂機(jī)、真空室和反應(yīng)離子刻蝕配套設(shè)備等，更重要的是后兩者的操作過程比較復(fù)雜，不容易控制。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的是要解決現(xiàn)在制備SERS基底材料存在設(shè)備復(fù)雜，且生產(chǎn)過程不易控制的問題，而提供一種具有透明性的拉曼效應(yīng)膜的制備方法。一種具有透明性的拉曼效應(yīng)膜的制備方法，具體是按以下步驟完成的一、首先將丙酮與醋酸按體積比為I : (I. 8 2. 2)混合，得到混合溶劑，然后在55°C 65°C下將醋酸纖維素溶于混合溶劑中，得到醋酸纖維素溶液；二、將Ag NPs懸浮液與步驟一制備的醋酸纖維素溶液混合均勻，得到紡絲液；三、通過靜電紡絲工藝將步驟三配制的紡絲液紡成納米纖維無紡氈；四、首先按照復(fù)合膜成膜工具的孔槽裁剪大小相同的納米纖維無紡氈，并平鋪到復(fù)合膜成膜工具的孔槽中，然后采用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為7% 9%的聚乙烯醇水溶液灌入孔槽將納米纖維無紡氈完全覆蓋，且灌入的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為7% 9%的聚乙烯醇水溶液的高度低于復(fù)合膜成膜工具的孔槽上沿，最后在壓力為50mmHg、溫度為45°C 55°C下保壓干燥18h 30h，即得到具有透明性的拉曼效應(yīng)膜；步驟一中所述加入的醋酸纖維素與混合溶劑的質(zhì)量比為(O. 13 O. 17) I ;步驟二中所述的Ag NPs懸浮液中Ag NPs的質(zhì)量與步驟一制備的醋酸纖維素溶液的質(zhì)量比為I : (I 20)。本發(fā)明優(yōu)點(diǎn)一、本發(fā)明采用Ag NPs懸浮液溶于醋酸纖維素溶液中，解決了 AgNPs難于分散在聚合物中；二、本發(fā)明采用靜電紡絲工藝將Ag NPs懸浮液與醋酸纖維素溶液形成的紡絲液制成納米纖維無紡氈，解決了 Ag NPs在納米纖維無紡氈中均勻分散的問題；三、本發(fā)明采用聚乙烯醇水溶液澆注成膜，使采用靜電紡絲工藝得到的有序納米纖維無紡氈經(jīng)過PVA溶液澆注形成膜結(jié)構(gòu)，采用聚乙烯醇填充成膜，使膜具有的透明性；四、有序納米纖維無紡氈促使Ag NPs定向排列，澆注成膜相當(dāng)于在Ag NPs表面具有了合適的粗糙 度，此結(jié)構(gòu)得到較強(qiáng)的拉曼信號，因此本發(fā)明制備的具有透明性的拉曼效應(yīng)膜在具有拉曼效應(yīng)的器件領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用前景。


圖I是本試驗制備納米纖維無紡氈的掃描電鏡圖；圖2中是拉曼散射譜圖，圖2中a是PVA膜的拉曼散射譜圖；圖2中b是本試驗制備的具有透明性的拉曼效應(yīng)膜的拉曼散射譜圖；圖3是現(xiàn)有的Ag NPs/CA無紡氈的數(shù)碼相片；圖4是本試驗制備的具有透明性的拉曼效應(yīng)膜的數(shù)碼相片。
具體實施例方式具體實施方式

一本實施方式是一種具有透明性的拉曼效應(yīng)膜的制備方法，具體是按以下步驟完成的一、首先將丙酮與醋酸按體積比為I : (I. 8 2. 2)混合，得到混合溶劑，然后在55°C 65°C下將醋酸纖維素溶于混合溶劑中，得到醋酸纖維素溶液；二、將AgNPs懸浮液與步驟一制備的醋酸纖維素溶液混合均勻，得到紡絲液；三、通過靜電紡絲工藝將步驟三配制的紡絲液紡成納米纖維無紡氈；四、首先按照復(fù)合膜成膜工具的孔槽裁剪大小相同的納米纖維無紡氈，并平鋪到復(fù)合膜成膜工具的孔槽中，然后采用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為7% 9%的聚乙烯醇水溶液灌入孔槽將納米纖維無紡氈完全覆蓋，且灌入的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為7% 9%的聚乙烯醇水溶液的高度低于復(fù)合膜成膜工具的孔槽上沿，最后在壓力為50mmHg、溫度為45°C 55°C下保壓干燥18h 30h，即得到具有透明性的拉曼效應(yīng)膜；步驟一中所述加入的醋酸纖維素與混合溶劑的質(zhì)量比為(O. 13 O. 17) I ;步驟二中所述的AgNPs懸浮液中AgNPs的質(zhì)量與步驟一制備的醋酸纖維素溶液的質(zhì)量比為I : (I 20)。本實施方式采用Ag NPs懸浮液溶于醋酸纖維素溶液中，解決了 Ag NPs難于分散在聚合物中。本實施方式采用靜電紡絲工藝將Ag NPs懸浮液與醋酸纖維素溶液形成的紡絲液制成納米纖維無紡氈，解決了 Ag NPs在納米纖維無紡氈中均勻分散的問題。
本實施方式采用聚乙烯醇水溶液澆注成膜，使采用靜電紡絲工藝得到的有序納米纖維無紡氈經(jīng)過PVA溶液澆注形成膜結(jié)構(gòu)，采用聚乙烯醇填充成膜，使膜具有的透明性。有序納米纖維無紡氈促使Ag NPs定向排列，澆注成膜相當(dāng)于在Ag NPs表面具有了合適的粗糙度，此結(jié)構(gòu)得到較強(qiáng)的拉曼信號，因此本實施方式制備的具有透明性的拉曼效應(yīng)膜在具有拉曼效應(yīng)的器件領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用前景。具體實施方式

二 本實施方式與具體實施方式

一的不同點(diǎn)是步驟二中所述的Ag NPs懸浮液具體的制備過程如下①首先將硝酸銀溶解于去離子水中，得到硝酸銀溶液；②依次將可溶性淀粉和賴氨酸加入去離子水中，混勻后得到混合溶液；③將硝酸銀溶液加入混合溶液中混合均勻，然后從室溫?zé)嶂?40°C 160°C，并在140°C 160°C下保溫15s 25s，即得到Ag NPs懸浮液；步驟①中所述的硝酸銀的質(zhì)量與去離子水的體積 比為(30g 40g) 40ml ;步驟②中所述的可溶性淀粉的質(zhì)量與去離子水的體積比為(O. 6g O. 7g) 40ml ;步驟②中所述的賴氨酸的質(zhì)量與去離子水的體積比為(O. 20g
O.27g) 40ml ;步驟③中所述的硝酸銀溶液與混合溶液的體積比為(I I. I) I。本實施方式制備的Ag NPs懸浮液中Ag NPs以粒徑為5nm 15nm球狀存在。采用下述試驗驗證本發(fā)明效果試驗一一種具有透明性的拉曼效應(yīng)膜的制備方法，具體是按以下步驟完成的一、首先將丙酮與醋酸按體積比為I : 2混合，得到混合溶劑，然后在60°C下將醋酸纖維素溶于混合溶劑中，得到醋酸纖維素溶液；二、將Ag NPs懸浮液與步驟一制備的醋酸纖維素溶液混合均勻，得到紡絲液；三、通過靜電紡絲工藝將步驟三配制的紡絲液紡成納米纖維無紡氈；四、首先按照復(fù)合膜成膜工具的孔槽裁剪大小相同的納米纖維無紡氈，并平鋪到復(fù)合膜成膜工具的孔槽中，然后采用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為8%的聚乙烯醇水溶液灌入孔槽將納米纖維無紡氈完全覆蓋，且灌入的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為8%的聚乙烯醇水溶液的高度低于復(fù)合膜成膜工具的孔槽上沿，最后在壓力為50mmHg、溫度為50°C下保壓干燥24h，即得到具有透明性的拉曼效應(yīng)膜；步驟一中所述加入的醋酸纖維素與混合溶劑的質(zhì)量比為78 522;步驟二中所述的Ag NPs懸浮液中Ag NPs的質(zhì)量與步驟一制備的醋酸纖維素溶液的質(zhì)量比為I : I。本試驗步驟二中所述的Ag NPs懸浮液具體的制備過程如下①首先將34g的硝酸銀溶解于40mL去離子水中，得到硝酸銀溶液！②依次將O. 648g可溶性淀粉和O. 234g賴氨酸加入40mL去離子水中，混勻后得到混合溶液將步驟I制備的硝酸銀溶液加入步驟2制備的混合溶液中混合均勻，然后從室溫?zé)嶂?50°C，并在150°C下保溫20s，即得到Ag NPs懸浮液。本試驗步驟三中所述的靜電紡絲工藝具體操作過程如下把30mL注射器配上9號針頭(內(nèi)徑O. 8_)，分別注入0-5號溶液3mL，將注射器連到裝置中，先調(diào)注射泵體積為3mL，速度調(diào)為I. 5mL/h，再開電壓，電壓設(shè)定為15kV，并在室溫，濕度為30%，用旋轉(zhuǎn)滾筒做收集裝置，旋轉(zhuǎn)滾筒的轉(zhuǎn)速為lOOOr/min，保持注射器與收集裝置的距離為14cm的條件下開始紡絲。采用掃描電鏡檢測本試驗步驟三制備的納米纖維無紡氈，如圖I所示，圖I是本試驗制備納米纖維無紡氈的掃描電鏡圖，通過圖I可知本試驗步驟三制備的納米纖維無紡氈中納米纖維是取向的。采用拉曼光譜儀檢測現(xiàn)有的PVA膜和本試驗制備的具有透明性的拉曼效應(yīng)膜，檢測結(jié)果如圖2所示，圖2中a是PVA膜的拉曼散射譜圖；圖2中b是本試驗制備的具有透明性的拉曼效應(yīng)膜的拉曼散射譜圖；通過圖2對比可知在同等檢測條件下普通的PVA膜沒有拉曼信號，即普通的PVA膜不具備拉曼效應(yīng)；而本試驗制備的具有透明性的拉曼效應(yīng)膜具有很強(qiáng)拉曼信號，證明在普通的PVA膜中負(fù)載取向的納米纖維無紡氈后具備了拉曼效應(yīng)。通過直觀觀察本試驗制備的具有透 明性的拉曼效應(yīng)膜和現(xiàn)有的Ag NPs/CA無紡氈，如圖3和圖4所示，圖3是現(xiàn)有的Ag NPs/CA無紡氈的數(shù)碼相片，圖4是本試驗制備的具有透明性的拉曼效應(yīng)膜的數(shù)碼相片，通過對比圖3和圖4可知本試驗制備的具有透明性的拉曼效應(yīng)膜與現(xiàn)有的Ag NPs/CA無紡氈相比具有很好的透明性。
權(quán)利要求
1.一種具有透明性的拉曼效應(yīng)膜的制備方法，其特征在于具有透明性的拉曼效應(yīng)膜的制備方法是按以下步驟完成的 一、首先將丙酮與醋酸按體積比為I : (I. 8 2. 2)混合，得到混合溶劑，然后在55°C 65°C下將醋酸纖維素溶于混合溶劑中，得到醋酸纖維素溶液；二、將Ag NPs懸浮液與步驟一制備的醋酸纖維素溶液混合均勻，得到紡絲液；三、通過靜電紡絲工藝將步驟三配制的紡絲液紡成納米纖維無紡氈；四、首先按照復(fù)合膜成膜工具的孔槽裁剪大小相同的納米纖維無紡氈，并平鋪到復(fù)合膜成膜工具的孔槽中，然后采用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為7% 9%的聚乙烯醇水溶液灌入孔槽將納米纖維無紡氈完全覆蓋，且灌入的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為7% 9%的聚乙烯醇水溶液的高度低于復(fù)合膜成 膜工具的孔槽上沿，最后在壓力為50mmHg、溫度為45°C 55°C下保壓干燥18h 30h，即得到具有透明性的拉曼效應(yīng)膜；步驟一中所述加入的醋酸纖維素與混合溶劑的質(zhì)量比為(O. 13 O. 17) I ;步驟二中所述的Ag NPs懸浮液中Ag NPs的質(zhì)量與步驟一制備的醋酸纖維素溶液的質(zhì)量比為I : (I 20)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種具有透明性的拉曼效應(yīng)膜的制備方法，其特征在于步驟二中所述的Ag NPs懸浮液具體的制備過程如下①首先將硝酸銀溶解于去離子水中，得到硝酸銀溶液；②依次將可溶性淀粉和賴氨酸加入去離子水中，混勻后得到混合溶液；③將硝酸銀溶液加入混合溶液中混合均勻，然后從室溫?zé)嶂?40°C 160°C，并在140°C 160°C下保溫15s 25s，即得到Ag NPs懸浮液；步驟①中所述的硝酸銀的質(zhì)量與去離子水的體積比為(30g 40g) 40ml ;步驟②中所述的可溶性淀粉的質(zhì)量與去離子水的體積比為(O. 6g O. 7g) 40ml ;步驟②中所述的賴氨酸的質(zhì)量與去離子水的體積比為(O. 20g O.27g) 40ml ;步驟③中所述的硝酸銀溶液與混合溶液的體積比為(I I. I) I。
全文摘要
一種具有透明性的拉曼效應(yīng)膜的制備方法，它涉及一種光學(xué)纖維膜。本發(fā)明目的是要解決現(xiàn)在制備SERS基底材料存在設(shè)備復(fù)雜，且生產(chǎn)過程不易控制的問題。方法一、首先采用丙酮、醋酸和醋酸纖維素制備醋酸纖維素溶液；二、采用Ag NPs懸浮液和與醋酸纖維素溶液混勻后得到紡絲液；三、采用靜電紡絲工藝將紡絲液紡成納米纖維無紡氈；四、首先裁剪后的納米纖維無紡氈平鋪到復(fù)合膜成膜工具的孔槽中，然后將聚乙烯醇水溶液灌入孔槽內(nèi)，且聚乙烯醇水溶液的高度低于復(fù)合膜成膜工具的孔槽上沿，經(jīng)過保壓干燥即得到具有透明性的拉曼效應(yīng)膜。本發(fā)明主要用于制備具有透明性的拉曼效應(yīng)膜。
文檔編號B32B27/12GK102642362SQ201210120950
公開日2012年8月22日 申請日期2012年4月23日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月23日
發(fā)明者李堅, 王明強(qiáng), 白小靜, 趙冬梅 申請人:東北林業(yè)大學(xué)