[發(fā)明專利]納米薄膜的制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310339906.1
• 申請(qǐng)日: 2013-08-06
• 公開（公告）號(hào): CN103382625A
• 公開（公告）日: 2013-11-06
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 何吉?dú)g;孔海燕
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 蘇州大學(xué)
• 主分類號(hào): D04H1/728
• 分類號(hào): D04H1/728;D04H1/4309
• 代理公司: 北京集佳知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11227
• 代理人: 唐靈;常亮

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種納米薄膜的制備方法，具體涉及一種采用紡絲裝置制備納米薄膜的方法。

背景技術(shù)

納米薄膜是指由尺寸為納米量級(jí)的顆粒（晶粒）構(gòu)成的薄膜或者層厚納米量級(jí)的單層或多層薄膜，通常也稱作納米顆粒薄膜和納米多層薄膜。

納米薄膜分類方法有多種。按用途劃分，納米薄膜可分為納米功能薄膜和納米結(jié)構(gòu)薄膜。納米功能薄膜是利用納米粒子所具有的力、電、光、磁等方面的特性，通過復(fù)合制作出同基體功能截然不同的薄膜；而納米結(jié)構(gòu)薄膜則是通過納米粒子復(fù)合，對(duì)材料進(jìn)行改性，是以提高材料機(jī)械性能為主要目的的薄膜。按層數(shù)劃分，可分為納米（單層）薄膜和納米多層薄膜。其中，納米多層薄膜包括“超晶格”薄膜，它一般是由幾種材料交替沉積而形成的結(jié)構(gòu)交替變化的薄膜。各層厚度均為納米級(jí)。組成納米單層薄膜和納米多層薄膜的材料可以是金屬、半導(dǎo)體、絕緣體、有機(jī)高分子，也可以是它們的多種組合，如金屬—半導(dǎo)體、金屬—絕緣體、半導(dǎo)體—絕緣體、半導(dǎo)體—高分子材料等，而每一種組合都可衍生出縱多類型的復(fù)合薄膜。目前對(duì)納米薄膜的研究多數(shù)集中在納米復(fù)合薄膜，這是一類具有廣泛應(yīng)用前景的納米材料。當(dāng)然，也可以按照薄膜的成分分類，包括金屬薄膜、金屬化合物薄膜、金屬混合物薄膜、半導(dǎo)體薄膜、氧化物薄膜、無機(jī)薄膜、有機(jī)薄膜和復(fù)合薄膜。按照薄膜材料結(jié)構(gòu)分類，可以分為單層薄膜、多層薄膜和納米薄膜。按照薄膜材料功能分類，可以分為力學(xué)功能薄膜、熱學(xué)功能薄膜、電學(xué)功能薄膜、光學(xué)功能薄膜、光電功能薄膜、磁學(xué)功能薄膜、電磁功能薄膜、聲學(xué)功能薄膜和分子功能薄膜。

納米薄膜具有多種用途，如可以改善一些機(jī)械零部件的表面性能，以減少振動(dòng)，降低噪聲，減小摩擦，延長壽命。這些薄膜在刀具、微機(jī)械、微電子領(lǐng)域作為耐磨、耐腐蝕涂層及其它功能涂層獲得重要應(yīng)用。目前，科研人員已從單一材料的納米薄膜轉(zhuǎn)向納米復(fù)合薄膜的研究，薄膜的厚度也由數(shù)微米發(fā)展到數(shù)納米的超薄膜。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是一種采用靜電紡絲裝置制備納米薄膜的方法，獲得超薄納米薄膜，薄膜厚度可達(dá)到數(shù)納米，具有廣泛的應(yīng)用價(jià)值。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

一種納米薄膜的制備方法，包括步驟：

S1：制備聚乙烯醇的水溶液；所述聚乙烯醇的濃度為8～20wg%；

S2：將碳材料納米顆粒溶解于聚乙烯醇的水溶液中獲得碳材料納米顆粒與聚乙烯醇的混合溶液；所述碳材料納米顆粒的濃度為0～20wg%；

S3：應(yīng)用紡絲裝置將所述混合溶液噴射到接收裝置上獲得所述納米薄膜。

作為一種優(yōu)選的方案，所述紡絲裝置為氣泡靜電紡絲裝置；所述紡絲裝置為氣泡靜電紡絲裝置；所述氣泡靜電紡絲裝置包括貯液池、高壓靜電發(fā)生器、氣泵、噴頭、接收裝置、導(dǎo)氣管、金屬電極和接地電極；所述貯液池的上端開口，底面設(shè)有垂直向上的噴頭，噴頭通過導(dǎo)氣管與氣泵相連，導(dǎo)氣管與氣泵相連處高于貯液池的液面，貯液池通過金屬電極與高壓靜電發(fā)生器相連，貯液池正上方設(shè)有接收裝置，所述接收板與接地電極相連；其中，接收裝置可以為接收板或滾筒。

該方法具體包括以下步驟：

（1）、將聚乙烯醇與蒸餾水的混合物在80℃～90℃的溫度下水浴加熱，使聚乙烯醇溶解于水中獲得聚乙烯醇的水溶液；

（2）、將碳材料納米顆粒加入聚乙烯醇的水溶液中，超聲振蕩使碳材料納米顆粒溶解于聚乙烯醇的水溶液中獲得碳材料納米顆粒與聚乙烯醇的混合溶液；

（3）、將所述碳材料納米顆粒與聚乙烯醇的混合溶液注入氣泡靜電紡絲裝置的貯液池；

（4）、打開氣泡靜電紡絲裝置的氣泵，先將導(dǎo)氣管中的液體排出，然后加大氣壓使液面出現(xiàn)規(guī)律的氣泡狀凸起；所述氣泵輸出的氣流的流速范圍是0～100m/s；

（5）、打開氣泡靜電紡絲裝置的高壓靜電發(fā)生器，使貯液池的液面與接收裝置之間形成電場；所述高壓靜電發(fā)生器輸出的電壓范圍是1V～100KV；

（6）調(diào)節(jié)接收裝置與貯液池的液面的距離，距離范圍是0.1cm～100cm；在電場力的作用下，貯液池液面的氣泡頂端形成射流射向接收裝置，在接收裝置上形成納米薄膜。

作為一種優(yōu)選的方案，所述碳材料納米顆粒為石墨；在石墨與聚乙烯醇的混合溶液中，石墨的濃度為0.5wg%。

在另一優(yōu)選方案中，所述紡絲裝置為針頭式靜電紡絲裝置。

在另一優(yōu)選方案中，所述紡絲裝置為熱空氣渦流式氣泡紡絲裝置；進(jìn)一步的，所述熱空氣渦流式氣泡紡絲裝置還可以連接有高壓靜電發(fā)生器，采用電場力與渦流共同作用制備所述納米薄膜。