專利名稱：聚合物復(fù)合納米粒子分子薄膜的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明公開了一種聚合物復(fù)合納米粒子分子薄膜的制備方法，屬于材料工程技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
磨損是影響微型機(jī)電系統(tǒng)及磁存儲(chǔ)系統(tǒng)長期穩(wěn)定運(yùn)行的重要因素，研制一種可實(shí)用的薄膜是解決這一問題的重要途徑。目前，業(yè)界對此問題的解決方案主要集中在對分子自組裝薄膜、LB(Langmuir——Blodgett)膜以及這兩種薄膜的復(fù)合研究上，而這兩種薄膜的耐磨性比較差，所以研制一種具有良好耐磨性能的分子薄膜具有非常重要的實(shí)用意義。
90年代以來，有人以分子沉積的方法制備了多種復(fù)合膜，也曾用于摩擦學(xué)方面的研究，但由于耐磨性較差而限制了其應(yīng)用，原因是薄膜中的結(jié)合強(qiáng)度小。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種聚合物復(fù)合納米粒子分子薄膜的制備方法，以達(dá)到解決微型機(jī)電系統(tǒng)及磁存儲(chǔ)系統(tǒng)的摩擦損耗問題。
本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的一種聚合物復(fù)合納米粒子分子薄膜的制備方法，該方法采用分子沉積技術(shù)，該方法至少包括如下步驟步驟1將基片浸入H2SO4與H2O2的混合溶液中，取出后洗凈；步驟2將洗凈后的基片浸入聚丙烯胺溶液中，取出后洗凈；步驟3將上述步驟2中洗凈后的基片浸入聚合物溶液中，取出后洗凈；步驟4重復(fù)上述步驟2、3達(dá)到所需要的薄膜層數(shù)或?qū)⑸鲜霾襟E3中洗凈后的基片加熱。
所述的加熱步驟包括首先將步驟3中洗凈后的基片用氮?dú)獯蹈?；然后將上述吹干后的基片在氮?dú)獾谋Ｗo(hù)下加熱2小時(shí)。
所述的基片為石英基片或玻璃基片或硅片基片。
所述的聚合物溶液為石墨氧化物溶液或聚丙烯酸包覆二氧化鈦納米粒子溶液。
本發(fā)明所提供的聚合物復(fù)合納米粒子分子薄膜的制備方法，利用加熱的方法，將多層復(fù)合薄膜間聚合物電解質(zhì)的靜電吸引力轉(zhuǎn)變?yōu)榛瘜W(xué)鍵的結(jié)合形式，其轉(zhuǎn)變過程的反應(yīng)方程式如下 a為聚丙烯酸(PAA)復(fù)合納米粒子或石墨氧化物；b為聚丙烯胺(PAH)。
利用該方法制備的復(fù)合薄膜具有良好的耐磨性，并具有低摩擦、抗磨損的優(yōu)點(diǎn)。


圖1為本發(fā)明所提供的聚丙烯胺/石墨氧化物兩種聚合物復(fù)合薄膜的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明所提供的聚丙烯胺/聚丙酸包覆二氧化鈦納米粒子復(fù)合薄膜的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為本發(fā)明所提供的聚丙烯胺/石墨氧化物/聚丙烯胺/聚丙烯酸包覆二氧化鈦納米粒子復(fù)合薄膜的結(jié)構(gòu)示意圖；
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明所提供的聚合物復(fù)合納米粒子分子薄膜可以是單一聚合物復(fù)合薄膜，也可以是多種聚合物復(fù)合薄膜。
以下，結(jié)合具體實(shí)施例，對本發(fā)明做進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
在制備本發(fā)明所提供的分子薄膜之前，應(yīng)首先制備用于分子沉積的聚合物溶液。在以下提供的實(shí)施例中，采用的聚合物溶液為石墨氧化物溶液、聚丙烯酸(PAA)包覆TiO2納米粒子溶液。這兩種溶液的制備方法如下1、石墨氧化物溶液的制備取石墨粉5g，加入15g KClO3和35ml HNO3中均勻后加熱至60-90℃，維持?jǐn)嚢?4小時(shí)，然后過濾，將氧化后的石墨粉以0.1M HCl洗滌，然后用0.1M NaCl洗滌至PH值為中性，最后將石墨粉用水洗滌除去NaCl，再將其溶解于水中并調(diào)節(jié)PH＝4-7，即獲得用于制備薄膜的石墨氧化物溶液。
2、聚丙烯酸(PAA)包覆TiO2納米粒子溶液的制備取0.1M的PAA水溶液100mml加熱至60℃，然后將0.01M鈦酸四己脂的乙醇溶液20ml逐滴加入上述溶液中，維持?jǐn)嚢?小時(shí)，溶膠老化24小時(shí)。最后將溶膠離心分離即得到用于制備薄膜的PAA(TiO2)納米粒子溶液。
實(shí)施例一聚丙烯胺/石墨氧化物兩種聚合物復(fù)合薄膜的制備方法將本實(shí)施例所用的石英基片浸入80℃的H2SO4∶H2O2＝75∶25的溶液中30分鐘，取出后用水充分洗滌干凈，然后將清洗后的石英基片浸入聚丙胺(PAH)溶液中，取出后清洗，再浸入上述已經(jīng)制備完成的石墨氧化物溶液中，取出后再次清洗，再浸入PAH溶液中，得到石英基片表面具有三層聚合物層的復(fù)合薄膜。當(dāng)達(dá)到上述要求的三層復(fù)合膜后，將該石英基片取出用氮?dú)獯蹈桑⒃诘獨(dú)獾谋Ｗo(hù)下加熱2小時(shí)，使復(fù)合薄膜層間的靜電吸引力轉(zhuǎn)變?yōu)榛瘜W(xué)鍵結(jié)合力，完成聚丙烯胺/石墨氧化物兩種聚合物復(fù)合薄膜的制備。
該聚合物復(fù)合薄膜的層面結(jié)構(gòu)如圖1所示，圖中包括石英基片1、底層聚丙烯胺薄膜層2、石墨氧化物薄膜層3及聚丙烯胺表層4；各層間結(jié)合力為化學(xué)鍵結(jié)合。
實(shí)施例二聚丙烯胺/聚丙烯酸包覆二氧化鈦納米粒子復(fù)合薄膜的制備方法按照實(shí)施例一所述的方法將石英基片預(yù)處理完畢后，將清洗后的石英基片浸入聚丙烯胺(PAH)溶液中，取出后清洗。再浸入上述已經(jīng)制備完成的聚丙烯酸包覆二氧化鈦納米粒子溶液中，取出后再次清洗，再浸入PAH溶液中，由此得到石英基片表面具有聚丙烯胺/聚丙烯酸包覆二氧化鈦納米粒子的三層聚合物層的復(fù)合薄膜。后續(xù)的吹干、保護(hù)加熱方法與實(shí)施例一相同，故不贅述。
聚丙烯胺/聚丙烯酸包覆二氧化鈦納米粒子復(fù)合薄膜的層面結(jié)構(gòu)如圖2所示，圖中包括石英基片1、底層聚丙烯胺薄膜層2、聚丙烯酸包覆二氧化鈦納米粒子薄膜層5及聚丙烯胺表層4，各層間結(jié)合力為化學(xué)鍵結(jié)合。
依照上述兩實(shí)施例所公開的技術(shù)方案及操作方法，還可以根據(jù)需要制成多種、多層復(fù)合薄膜，例如聚丙烯胺/石墨氧化物/聚丙烯胺/聚丙烯酸包覆二氧化鈦納米粒子復(fù)合薄膜，如圖3所示。圖中，該薄膜包括石英基片1、底層聚丙烯胺薄膜層2、石墨氧化物薄膜層3、聚丙烯胺中間層6、聚丙烯酸包覆二氧化鈦納米粒子薄膜層5，各層間結(jié)合力為化學(xué)鍵結(jié)合。
最后所應(yīng)說明的是以上實(shí)施例僅用以說明而非限制本發(fā)明的技術(shù)方案，盡管參照上述實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解依然可以對本發(fā)明進(jìn)行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明的精神和范圍的任何修改或局部替換，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。
權(quán)利要求
1.一種聚合物復(fù)合納米粒子分子薄膜的制備方法，該方法采用分子沉積技術(shù)，其特征在于該方法至少包括如下步驟步驟1將基片浸入H2SO4與H2O2的混合溶液中，取出后洗凈；步驟2將洗凈后的基片浸入聚丙烯胺溶液中，取出后洗凈；步驟3將上述步驟2中洗凈后的基片浸入聚合物溶液中，取出后洗凈；步驟4重復(fù)上述步驟2、3達(dá)到所需要的薄膜層數(shù)或?qū)⑸鲜霾襟E3中洗凈后的基片加熱。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的聚合物復(fù)合納米粒子分子薄膜的制備方法，其特征在于所述的制備步驟1具體為將基片浸入60-90℃，體積比為75∶25的H2SO4與H2O2的混合溶液中30分鐘，取出后用去離子水洗凈，所述H2SO4濃度為98％，H2O2濃度為30％。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的聚合物復(fù)合納米粒子分子薄膜的制備方法，其特征在于所述的制備步驟2具體為將洗凈后的基片浸入0.001M的聚丙烯胺溶液中30分鐘，取出后洗凈。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的聚合物復(fù)合納米粒子分子薄膜的制備方法，其特征在于所述的制備步驟3具體為將上述步驟2中洗凈后的基片浸入聚合物溶液中6小時(shí)，取出后用去離子水洗凈。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或3或4所述的聚合物復(fù)合納米粒子分子薄膜的制備方法，其特征在于所述的制備步驟4具體為重復(fù)上述步驟2、3達(dá)到所需要的薄膜層數(shù)或?qū)⑸鲜霾襟E3中洗凈后的基片在氮?dú)獾谋Ｗo(hù)下加熱。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或5所述的聚合物復(fù)合納米粒子分子薄膜的制備方法，其特征在于所述的加熱步驟包括首先將步驟3中洗凈后的基片用氮?dú)獯蹈桑蝗缓髮⑸鲜龃蹈珊蟮幕诘獨(dú)獾谋Ｗo(hù)下加熱2小時(shí)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3或4所述的聚合物復(fù)合納米粒子分子薄膜的制備方法，其特征在于所述的基片為石英基片或玻璃基片或硅片基片。
8.根據(jù)權(quán)利要求1或4所述的聚合物復(fù)合納米粒子分子薄膜的制備方法，其特征在于所述的聚合物溶液為石墨氧化物溶液或聚丙烯酸包覆二氧化鈦納米粒子溶液。
9.根據(jù)權(quán)利要求1或4或10所述的聚合物復(fù)合納米粒子分子薄膜的制備方法，其特征在于所述的石墨氧化物溶液的制備是通過以下步驟完成的在石墨粉中加入固體KClO3和濃HNO3溶液，攪拌均勻加熱至60-90℃進(jìn)行氧化反應(yīng)，維持?jǐn)嚢?4小時(shí)，然后過濾；再用0.1M的HCL溶液洗滌石墨粉后，用0.1M的NaCl溶液洗滌至中性；最后用水洗滌石墨粉，除去NaCl，將石墨粉分散于水中并調(diào)節(jié)pH值為4-7。
10.根據(jù)權(quán)利要求1或4或10所述的聚合物復(fù)合納米粒子分子薄膜的制備方法，其特征在于所述的聚丙烯酸包覆二氧化鈦納米粒子溶液的制備是通過以下步驟完成的先將0.1M的聚丙烯酸水溶液加熱至60℃；再將0.01M鈦酸四己脂的乙醇溶液逐滴加入上述聚丙烯酸水溶液中，維持?jǐn)嚢?小時(shí)，溶膠老化24小時(shí)；最后將溶膠離心分離，得到聚丙烯酸包覆二氧化鈦納米粒子溶液。
全文摘要
一種聚合物復(fù)合納米粒子分子薄膜的制備方法，該方法采用分子沉積技術(shù)，其步驟包括將基片浸入H
文檔編號(hào)B29D7/00GK1508003SQ0215569
公開日2004年6月30日 申請日期2002年12月13日 優(yōu)先權(quán)日2002年12月13日
發(fā)明者馮大鵬, 王德國, 張嗣偉 申請人:石油大學(xué)(北京)