专利名称：聚合物复合石墨氧化物超薄膜的制备方法
技术领域：
本发明涉及一种聚合物复合石墨氧化物超薄膜的制备方法，属于材料工程技术领域。
背景技术：
摩擦、磨损是微型机电系统及磁存储系统润滑中的需要解决的一个重要问题，研制实用的超薄膜是解决这一问题的重要途径。目前业界对此问题的解决主要集中在对分子自组装薄膜、LB(Langmuir-Blodgett)膜以及这两种薄膜的复合进行的研究上，而这两种薄膜的耐磨性比较差，因此研制一种具有良好摩擦学性能的分子超薄膜具有重要意义。
90年代以来有人制备了PDDA(Poly-diallyldimethyammonium，聚二丙烯二甲胺)复合石墨氧化物超薄膜，用于锂电池的电极；但在摩擦学中的应用比较少见。其原因是薄膜中的结合强度小。采用分子沉积技术方法制备石墨氧化物复合薄膜未见报道，尤其在摩擦学方面的应用更为少见。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种聚合物复合石墨氧化物超薄膜的制备方法，以解决微型机电系统及磁存储系统的摩擦、磨损问题。
本发明是通过以下技术方案实现的一种聚合物复合石墨氧化物超薄膜的制备方法，该制备方法采用分子沉积技术，至少包括步骤1.1将基片浸入H2SO4与H2O2的混合溶液中，取出后洗净；步骤1.2将洗净后的基片浸入聚丙烯胺溶液中，取出后清洗；步骤1.3将洗净后的基片再浸入石墨氧化物溶液中，取出后清洗。
上述的制备方法的一具体方案为步骤1.1将基片浸入60-90℃的H2SO4与H2O2的混合溶液中30分钟，取出后用去离子水洗净；步骤1.2将洗净后的基片浸入10-3摩尔的聚丙烯胺溶液中30分钟，取出后清洗；步骤1.3将洗净后的基片再浸入石墨氧化物溶液中6小时，取出后清洗。
为了达到多层的目的，本发明还可以通过重复沉积的方法进一步加厚该薄膜，具体的步骤为步骤1.4重复步骤1.2、步骤1.3，使薄膜直至达到所需的层数；步骤1.5取出薄膜用氮气吹干。
本发明所采用的基片至少为石英基片或玻璃基片或硅片基片。
本发明中H2SO4与H2O2的混合溶液中，H2SO4与H2O2的体积比为75∶25，并且，H2SO4与H2O2的浓度分别是98％和30％。
本发明中石墨氧化物溶液是通过如下步骤制备的步骤2.1将石墨粉中加入KClO3和HNO3溶液中，进行氧化反应；步骤2.2取出石墨粉用HCl溶液洗涤，然后用NaCl溶液洗涤；步骤2.3用水洗涤石墨粉，调节pH值。
上述的石墨氧化物溶液的一具体制备方法为步骤2.1将石墨粉中加入5-30g固体KClO3和5-40ml浓HNO3溶液中，搅拌均匀后加热至60-90℃，进行氧化反应，维持搅拌24小时，然后过滤；步骤2.2将氧化后的石墨粉用0.1摩尔HCl溶液洗涤，然后用0.1摩尔NaCl溶液将其洗涤至中性；步骤2.3用水洗涤石墨粉以除去NaCl，再将石墨粉分散于水中，并调节pH值为4-7。
通过以上技术方案，本发明具有如下优点本发明制备的薄膜属于纳米级超薄膜，该薄膜与基片基体的结合强度高，并具有低摩擦、抗磨损的优点。
图1为该薄膜的结构示意图；图2为该薄膜的多层结构示意图；图3为该薄膜的紫外光谱实验结果图；图4为该薄膜的摩擦实验结果图。
具体实施例方式
以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明石墨氧化物的制备取石墨粉5g，加入15g固体KClO3和35ml浓HNO3溶液，搅拌均匀后加热至80℃，进行氧化反应，维持搅拌24小时，然后过滤，将氧化后的石墨粉在0.1摩尔的HCl溶液中洗涤，然后用0.1M的NaCl溶液将其洗涤至中性，最后用水洗涤石墨粉，除去NaCl，再将石墨粉溶解于水中并调节pH值为6，得到石墨氧化物溶液。
薄膜的制备将石英基片浸入80℃的H2SO4与H2O2的混合溶液中30分钟，其中，H2SO4∶H2O2＝75∶25(ml)，取出后用水充分洗涤干净，然后将清洗后的石英基片浸入0.001摩尔PAH溶液中，取出后清洗，再浸入实施例1所述的石墨氧化物溶液中6小时，取出后再次清洗，再浸入PAH中30分钟，如此循环以上步骤，即可制得不同层数的薄膜。当达到所需要的层数后，取出样品用氮气吹干。
如图1所示，为该超薄膜的结构示意图，该超薄膜依次由石英基片1，聚丙烯胺2，石墨氧化物3叠设构成，层之间通过静电吸引相互结合。如图2所示，为该超薄膜的多层结构示意图，由图中可知，根据需要还可以得到石墨氧化物3和聚丙烯胺2交替沉积的多层复合超薄膜。
图3所示为不同层数薄膜的紫外光谱谱图，从该图可以看出薄膜对紫外光的吸收强度随层数的增大而增加，证明薄膜在石英玻璃上有良好的均匀分布。
石墨氧化物与聚丙烯胺反应的反应方程式如下 1为石墨氧化物2为聚丙胺(PAH)上述反应方程式中，1表示石墨氧化物，2表示聚丙胺(PAH)。
本发明所制备的薄膜具有良好的摩擦性能，用原子力显微镜(AFM)对样品表面的硬度及摩擦力进行测定，得到如图4所示的实验结果。结果表明薄膜具有较低的摩擦系数。
最后应说明的是以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
权利要求
1.一种聚合物复合石墨氧化物超薄膜的制备方法，其特征在于该制备方法采用分子沉积技术，至少包括如下步骤步骤1.1将基片浸入H2SO4与H2O2的混合溶液中，取出后洗净；步骤1.2将洗净后的基片浸入聚丙烯胺溶液中，取出后清洗；步骤1.3将洗净后的基片再浸入石墨氧化物溶液中，取出后清洗。
2.根据权利要求1所述的聚合物复合石墨氧化物超薄膜的制备方法，其特征在于该制备方法具体的步骤为步骤1.1将基片浸入60-90℃的H2SO4与H2O2的混合溶液中30分钟，取出后用去离子水洗净；步骤1.2将洗净后的基片浸入10-3摩尔的聚丙烯胺溶液中30分钟，取出后清洗；步骤1.3将洗净后的基片再浸入石墨氧化物溶液中6小时，取出后清洗。
3.根据权利要求1或2所述的聚合物复合石墨氧化物超薄膜的制备方法，其特征在于薄膜的制备方法还进一步包括步骤1.4重复步骤1.2、步骤1.3，使薄膜直至达到所需的层数；步骤1.5取出薄膜用氮气吹干。
4.根据权利要求1或2所述的聚合物复合石墨氧化物超薄膜的制备方法，其特征在于所述的基片至少为石英基片或玻璃基片或硅片基片。
5.根据权利要求1或2所述的聚合物复合石墨氧化物超薄膜的制备方法，其特征在于所述的H2SO4与H2O2的混合溶液中，H2SO4与H2O2的体积比为75∶25，且H2SO4与H2O2的浓度分别是98％和30％。
6.根据权利要求1或2所述的聚合物复合石墨氧化物超薄膜的制备方法，其特征在于所述的石墨氧化物溶液是通过如下步骤制备的，至少包括步骤2.1将石墨粉中加入KClO3和HNO3溶液中，进行氧化反应；步骤2.2取出石墨粉用HCl溶液洗涤，然后用NaCl溶液洗涤；步骤2.3用水洗涤石墨粉，调节pH值。
7.根据权利要求6所述的聚合物复合石墨氧化物超薄膜的制备方法，其特征在于所述的石墨氧化物溶液的制备方法具体步骤为步骤2.1将石墨粉中加入5-30g固体KClO3和5-40ml浓HNO3溶液中，搅拌均匀后加热至60-90℃，进行氧化反应，维持搅拌24小时，然后过滤；步骤2.2将氧化后的石墨粉用0.1摩尔HCl溶液洗涤，然后用0.1摩尔NaCl溶液将其洗涤至中性；步骤2.3用水洗涤石墨粉以除去NaCl，再将石墨粉分散于水中，并调节pH值为4-7。
全文摘要
本发明公开了一种采用分子沉积技术制备聚合物复合石墨氧化物超薄膜的方法，在石英基片上制备了聚丙烯胺/石墨氧化物复合超薄膜，该薄膜属于纳米级超薄膜，薄膜与基片基体的结合强度高，并且，具有低摩擦、抗磨损的优点。
文档编号B32B33/00GK1504497SQ021533
公开日2004年6月16日 申请日期2002年11月29日 优先权日2002年11月29日
发明者王德国, 冯大鹏 申请人:石油大学(北京)