本發(fā)明屬于石英晶體微天平芯片開發(fā)領(lǐng)域，主要涉及一種乙烯-乙烯醇共聚物石英晶體芯片的制備方法。

背景技術(shù)：

乙烯-乙烯醇共聚物是一種由憎水性的乙烯和親水性的乙烯醇鏈段組成的半結(jié)晶無規(guī)共聚物，其具有出色的阻氣、耐熱、耐油、耐有機(jī)溶劑、抗靜電性以及與血液的良好相容性等特點(diǎn)，且是一種富含羥基的親水性聚合物，因此乙烯-乙烯醇共聚物作為膜材料被應(yīng)用于超濾及微濾低壓分離膜的制備。但是，在實(shí)際應(yīng)用過程中，乙烯-乙烯醇共聚物分離膜污染問題是限制其高效低耗運(yùn)行的主要瓶頸。而探明污染物在乙烯-乙烯醇共聚物分離膜界面的吸附累積過程及吸附層結(jié)構(gòu)特征，是進(jìn)行乙烯-乙烯醇共聚物分離膜污染防控的必要前提。

在諸多的分析方法中，耗散型石英晶體微量天平(QCM-D)技術(shù)是考察污染物在固體界面吸附行為及吸附層結(jié)構(gòu)特征最為直觀的技術(shù)手段，引起了膜污染研究者的廣泛關(guān)注。QCM-D測試過程是：污染物流過石英晶體芯片表面，測試系統(tǒng)通過芯片振動頻率及耗散值的在線監(jiān)測，獲得污染物在石英晶體芯片表面的吸附行為及吸附層結(jié)構(gòu)特征。顯然，石英晶體芯片是QCM-D技術(shù)的核心組成部分。但是商業(yè)化的石英晶體芯片表面通常為二氧化硅和金材料，因此使用QCM-D技術(shù)考察的是污染物在二氧化硅或金材料界面的作用過程。顯然，商業(yè)化的石英晶體芯片并不能代表實(shí)際的乙烯-乙烯醇共聚物膜材料性能。這也是QCM-D技術(shù)不能在膜污染領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用的主要原因。

基于上述研究現(xiàn)狀，開發(fā)一種簡單高效的乙烯-乙烯醇共聚物石英晶體芯片的制備技術(shù)，是探明污染物在乙烯-乙烯醇共聚物分離膜表面吸附行為及吸附層結(jié)構(gòu)特征亟需解決的首要問題，亦對乙烯-乙烯醇共聚物分離膜污染的防控至關(guān)重要。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明針對乙烯-乙烯醇共聚物分離膜的應(yīng)用需求，提供一種乙烯-乙烯醇共聚物石英晶體芯片的制備方法。該技術(shù)將高速離心原理、乙烯-乙烯醇共聚物材料的理化特性及聚合物溶液的相分離動力學(xué)原理相結(jié)合，將納米級厚度的乙烯-乙烯醇共聚物均勻涂覆于二氧化硅基片表面，并經(jīng)過特定的熱處理，實(shí)現(xiàn)了乙烯-乙烯醇共聚物功能層的穩(wěn)定存在，進(jìn)而獲得乙烯-乙烯醇共聚物石英晶體芯片。

本發(fā)明的目的是通過下述技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的。

一種乙烯-乙烯醇共聚物石英晶體芯片的制備方法，包括以下步驟：

1)基片預(yù)處理：將二氧化硅基片在紫外燈下照射，接著將其浸漬于十二烷基硫酸鈉溶液中，之后將二氧化硅基片置于超純水中超聲處理，最后用超純水充分漂洗二氧化硅基片，并用氮?dú)獯蹈?，待用?/p>

2)配置均質(zhì)乙烯-乙烯醇共聚物溶液：將乙烯-乙烯醇共聚物與有機(jī)溶劑按照質(zhì)量百分比為8—15％：85—92％的比例在20—40℃下攪拌溶解，20℃下靜置脫泡，得到均質(zhì)乙烯-乙烯醇共聚物溶液，待用；

3)乙烯-乙烯醇共聚物功能層涂覆：將步驟1)所得二氧化硅基片固定于設(shè)有加熱板的離心旋轉(zhuǎn)平臺上，接著將體積為8—15μL步驟2)所得乙烯-乙烯醇共聚物溶液置于二氧化硅基片表面，在50℃的恒溫環(huán)境中離心旋轉(zhuǎn)，將乙烯-乙烯醇共聚物均勻涂覆于二氧化硅基片表面；

4)熱處理：將步驟3)所得涂覆有乙烯-乙烯醇共聚物的二氧化硅基片在80—90℃的真空環(huán)境中靜置30—60min，超純水充分漂洗后用氮?dú)獯蹈?，獲得乙烯-乙烯醇共聚物石英晶體芯片。

進(jìn)一步，將二氧化硅基片在波長為185nm的紫外燈下照射10min。

進(jìn)一步，十二烷基硫酸鈉溶液的質(zhì)量濃度為2—5％，溫度為20—30℃，二氧化硅基片在十二烷基硫酸鈉溶液中的浸漬時(shí)間為20—30min。

進(jìn)一步，將二氧化硅基片置于溫度為20—30℃超純水中超聲2—5min。

進(jìn)一步，將乙烯-乙烯醇共聚物與有機(jī)溶劑攪拌溶解12h，靜置脫泡4—6h。

進(jìn)一步，所述有機(jī)溶劑為二甲基亞砜。

進(jìn)一步，所述離心旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速為4600—5500r/min,旋轉(zhuǎn)時(shí)間為40—80s。

進(jìn)一步，二氧化硅基片可多次循環(huán)利用：步驟4)所得乙烯-乙烯醇共聚物石英晶體芯片使用過后，首先將其置于質(zhì)量濃度為5—10％的二甲基亞砜中超聲5—15min，之后將其置于超純水中繼續(xù)超聲5min，最后用超純水充分漂洗，且用氮?dú)獯蹈桑传@得干凈的二氧化硅基片。

進(jìn)一步，所述超聲過程溫度為20—30℃。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)及有益效果在于：

1)對二氧化硅基片進(jìn)行特定的物化預(yù)處理，有效去除基片表面殘留的有機(jī)或者無機(jī)污染物質(zhì)，不但確保了乙烯-乙烯醇共聚物功能層的均勻涂覆，而且促進(jìn)了乙烯-乙烯醇共聚物功能層與基片表面物質(zhì)之間的靜電、氫鍵等物化作用，進(jìn)而加固了二者之間的結(jié)合能力。

2)基于乙烯-乙烯醇共聚物溶液的粘性、流動性及空氣中相分離動力學(xué)等特性，通過離心旋轉(zhuǎn)速度、旋轉(zhuǎn)時(shí)間及環(huán)境溫度等參數(shù)的控制，實(shí)現(xiàn)離心過程二氧化硅基片表面乙烯-乙烯醇共聚物溶液的相分離，將厚度為100—300的乙烯-乙烯醇共聚物功能層均勻涂覆于二氧化硅基片表面，為乙烯-乙烯醇共聚物石英晶體芯片的實(shí)用性奠定了基礎(chǔ)。

3)基于乙烯-乙烯醇共聚物熱熔性能，將乙烯-乙烯醇共聚物石英晶體芯片在真空高溫條件下進(jìn)行熱處理，促進(jìn)乙烯-乙烯醇共聚物功能層與二氧化硅基片之間的相互作用，進(jìn)而增強(qiáng)乙烯-乙烯醇共聚物與二氧化硅基片之間的結(jié)合能力，避免了使用過程乙烯-乙烯醇共聚物功能層脫落及損壞等現(xiàn)象的出現(xiàn)。

4)所制備乙烯-乙烯醇共聚物石英晶體芯片使用過后，通過簡單的化學(xué)—物理清洗手段，去除芯片表面的乙烯-乙烯醇共聚物功能層，實(shí)現(xiàn)了二氧化硅基片的循環(huán)再利用，大幅效降低了制作成本。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合實(shí)施例對發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明，但并不作為對發(fā)明做任何限制的依據(jù)。

本發(fā)明乙烯-乙烯醇共聚物石英晶體芯片的制備方法，包括以下步驟：

1)基片預(yù)處理：將二氧化硅基片在波長為185nm的紫外燈下照射10min，接著將其浸漬于溫度為20—30℃、質(zhì)量濃度為2—5％的十二烷基硫酸鈉溶液中20—30min，之后將二氧化硅基片置于20—30℃的超純水中超聲處理2—5min，最后用超純水充分漂洗二氧化硅基片，并用氮?dú)獯蹈桑茫?/p>

2)配置均質(zhì)乙烯-乙烯醇共聚物溶液：將乙烯-乙烯醇共聚物與二甲基亞砜按照質(zhì)量百分比為8—15％：85—92％的比例在20—40℃下攪拌溶解12h，20℃下靜置脫泡4—6h，得到均質(zhì)乙烯-乙烯醇共聚物溶液，待用；

3)乙烯-乙烯醇共聚物功能層涂覆：將步驟1)所得二氧化硅基片固定于設(shè)有加熱板的離心旋轉(zhuǎn)平臺上，接著將體積為8—15μL步驟2)所得乙烯-乙烯醇共聚物溶液置于二氧化硅基片表面，在50℃的恒溫環(huán)境中、轉(zhuǎn)速為4600—5500r/min條件下，離心旋轉(zhuǎn)40—80s，將乙烯-乙烯醇共聚物均勻涂覆于二氧化硅基片表面；

4)熱處理：將步驟3)所得涂覆有乙烯-乙烯醇共聚物的二氧化硅基片在80—90℃的真空環(huán)境中靜置30—60min，超純水充分漂洗后用氮?dú)獯蹈?，即獲得乙烯-乙烯醇共聚物石英晶體芯片。

5)二氧化硅基片循環(huán)利用：步驟4)所得乙烯-乙烯醇共聚物石英晶體芯片使用過后，首先將其置于質(zhì)量濃度為5—10％的二甲基亞砜中超聲5—15min，超聲溫度為20—30℃，之后將其置于超純水中繼續(xù)超聲5min，最后用超純水充分漂洗，且用氮?dú)獯蹈桑传@得干凈的二氧化硅基片。

下面通過具體實(shí)施例對本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說明。

實(shí)施例1：

將二氧化硅基片在波長為185nm的紫外等下照射10min,接著將其浸漬于溫度為25℃、質(zhì)量濃度為3％的十二烷基硫酸鈉溶液中25min，之后將二氧化硅基片置于25℃的超純水中超聲4min，最后用超純水充分漂洗二氧化硅基片，并用氮?dú)獯蹈?，待用?/p>

將質(zhì)量百分比為10％乙烯-乙烯醇共聚物與90％的二甲基亞砜在30℃下攪拌溶解12h，20℃下靜置脫泡5h，得到均質(zhì)乙烯-乙烯醇共聚物溶液，待用。

將上述二氧化硅基片固定于設(shè)有加熱板的離心旋轉(zhuǎn)平臺上，之后將10μL的乙烯-乙烯醇共聚物溶液滴至二氧化硅基片表面，通過加熱板將其設(shè)定在50℃的恒溫環(huán)境中，5000r/min的速度下離心旋轉(zhuǎn)60s。將涂覆有乙烯-乙烯醇共聚物的二氧化硅基片在85℃的真空環(huán)境中靜置50min；最后將其用超純水充分漂洗，且用氮?dú)獯蹈桑传@得乙烯-乙烯醇共聚物石英晶體芯片。

上述乙烯-乙烯醇共聚物石英晶體芯片使用過后，將其置于10wt％二甲基亞砜溶液中，在25℃的環(huán)境中超聲10min，之后將其置于25℃的超純水中繼續(xù)超聲5min；超聲結(jié)束后，所得芯片表面的乙烯-乙烯醇共聚物功能層有效脫落，得到二氧化硅基片，用超純水充分漂洗二氧化硅基片后用氮?dú)獯蹈?，即獲得干凈的二氧化硅基片，可再次用于乙烯-乙烯醇共聚物石英晶體芯片的制備。

所得乙烯-乙烯醇共聚物石英晶體芯片功能層厚度為160nm，二氧化硅基片的循環(huán)使用次數(shù)達(dá)到40次。

實(shí)施例2：

將二氧化硅基片在波長為185nm的紫外等下照射10min,接著將其浸漬于溫度為20℃、質(zhì)量濃度為2％的十二烷基硫酸鈉溶液中20min，之后將二氧化硅基片置于20℃的超純水中超聲5min，最后用超純水充分漂洗二氧化硅基片，并用氮?dú)獯蹈?，待用?/p>

將質(zhì)量百分比為8％乙烯-乙烯醇共聚物與92％的二甲基亞砜在40℃下攪拌溶解12h，20℃下靜置脫泡6h，得到均質(zhì)乙烯-乙烯醇共聚物溶液，待用。

將上述二氧化硅基片固定于設(shè)有加熱板的離心旋轉(zhuǎn)平臺上，之后將體積為15μL的乙烯-乙烯醇共聚物溶液滴至二氧化硅基片表面，通過加熱板將其設(shè)定在50℃的恒溫環(huán)境中，5500r/min的速度下離心旋轉(zhuǎn)40s。將涂覆有乙烯-乙烯醇共聚物的二氧化硅基片在80℃的真空環(huán)境中靜置60min；最后將其用超純水充分漂洗，且用氮?dú)獯蹈?，即獲得乙烯-乙烯醇共聚物石英晶體芯片。

上述乙烯-乙烯醇共聚物石英晶體芯片使用過后，將其置于質(zhì)量濃度為8％二甲基亞砜溶液中，在30℃的環(huán)境中超聲5min，之后將其置于30℃的超純水中繼續(xù)超聲5min；超聲結(jié)束后，所得芯片表面的乙烯-乙烯醇共聚物功能層有效脫落，得到二氧化硅基片，用超純水充分漂洗二氧化硅基片后用氮?dú)獯蹈?，即獲得干凈的二氧化硅基片，可再次用于乙烯-乙烯醇共聚物石英晶體芯片的制備。

所得乙烯-乙烯醇共聚物石英晶體芯片功能層厚度為100nm，二氧化硅基片的循環(huán)使用次數(shù)達(dá)到40次。

實(shí)施例3：

將二氧化硅基片在波長為185nm的紫外等下照射10min,接著將其浸漬于溫度為30℃、質(zhì)量濃度為5％的十二烷基硫酸鈉溶液中30min，之后將二氧化硅基片置于30℃的超純水中超聲2min，最后用超純水充分漂洗二氧化硅基片，并用氮?dú)獯蹈?，待用?/p>

將質(zhì)量百分比為15％乙烯-乙烯醇共聚物與85％的二甲基亞砜在20℃下攪拌溶解12h，20℃下靜置脫泡4h，得到均質(zhì)乙烯-乙烯醇共聚物溶液，待用。

將上述二氧化硅基片固定于設(shè)有加熱板的離心旋轉(zhuǎn)平臺上，之后將體積為8μL的乙烯-乙烯醇共聚物溶液滴至二氧化硅基片表面，通過加熱板將其設(shè)定在50℃的恒溫環(huán)境中，4600r/min的速度下離心旋轉(zhuǎn)80s。將涂覆有乙烯-乙烯醇共聚物的二氧化硅基片在90℃的真空環(huán)境中靜置30min；最后將其用超純水充分漂洗，且用氮?dú)獯蹈?，即獲得乙烯-乙烯醇共聚物石英晶體芯片。

上述乙烯-乙烯醇共聚物石英晶體芯片使用過后，將其置于質(zhì)量濃度為5％二甲基亞砜溶液中，在20℃的環(huán)境中超聲15min，之后將其置于20℃的超純水中繼續(xù)超聲5min；超聲結(jié)束后，所得芯片表面的乙烯-乙烯醇共聚物功能層有效脫落，得到二氧化硅基片，用超純水充分漂洗二氧化硅基片后用氮?dú)獯蹈?，即獲得干凈的二氧化硅基片，可再次用于乙烯-乙烯醇共聚物石英晶體芯片的制備。

所得乙烯-乙烯醇共聚物石英晶體芯片功能層厚度為240nm，二氧化硅基片的循環(huán)使用次數(shù)達(dá)到40次。

本發(fā)明并不局限于上述實(shí)施例，在本發(fā)明公開的技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本領(lǐng)域的技術(shù)人員根據(jù)所公開的技術(shù)內(nèi)容，不需要?jiǎng)?chuàng)造性的勞動就可以對其中的一些技術(shù)特征作出一些替換和變形，這些替換和變形均在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。