巴胺粘结-缓冲层；
(iii)氟化石墨烯复合润滑薄膜的制备
将氟化石墨烯分散液以800r/min转速旋涂于聚多巴胺修饰的硅基片上，重复旋涂5次，得到超薄厚度、连续均匀分布的氟化石墨烯复合润滑薄膜。
[0033]实施例5
一种超薄氟化石墨烯复合润滑薄膜的制备方法，包括以下步骤: (i)氟化石墨烯分散液的制备
将193.56mg的氢氧化钠与270.96mg的氢氧化钾溶于5mL无水乙醇中，常温下搅拌至完全溶解，在搅拌过程中加入200mg粒径为4μηι氟化石墨，在10W功率下超声分散30min，之后将分散液在50 °C下蒸发干燥直至溶剂蒸发尽;将均匀混合粉末在180°C下加热4h，然后静置至室温后，再加入超纯水搅拌分散，经减压抽滤、洗涤至PH中性，40°C下干燥得到黑色粉末，将以上粉末重分散于按体积比1:1混合的水-乙醇混合溶剂中，超声处理5h，经离心后所得上清液为氟化石墨烯分散液；
(? )聚多巴胺粘结-缓冲层的制备
将硅片基底经Piranha洗液清洗后，浸于氨丙基三乙氧基硅烷溶液中进行表面修饰，后浸于盐酸多巴胺缓冲溶液中于25°C下持续反应6h，单晶硅基片上得到约20nm厚的聚多巴胺粘结-缓冲层；
(iii)氟化石墨烯复合润滑薄膜的制备
将氟化石墨烯分散液以800r/min转速旋涂于聚多巴胺修饰的硅基片上，重复旋涂5次，得到超薄厚度、连续均匀分布的氟化石墨烯复合润滑薄膜。
[0034]将所得的氟化石墨烯复合润滑薄膜制成分散液，滴在微栅上所观察到的透射电镜图像如图3所示，由图3可见氟化石墨烯复合润滑薄膜高透明性可知其片层较薄，片层呈褶皱状态。实施例5所得氟化石墨烯复合润滑薄膜所对应的能量色散X射线谱(EDX)图像如图4所示，主要成分为碳及少量氧元素和氟元素;其红外光谱图如图5中的b线所示，在1211 cm-1处为C-F键的伸缩振动峰，其强度正比于样品的的氟含量。1382 cm—1处为C-OH键的特征峰，其强度反映样品中羟基官能团的含量。
[0035]氟化石墨烯复合润滑薄膜的摩擦性能测试
利用UMT-2摩擦磨损试验机对实施例1中的产物进行摩擦性能测试，该复合润滑薄膜摩擦系数较空白对照样显著降低，且摩擦过程稳定，具有显著的润滑性，实验结果如图9所示；将磨痕进行拉曼光谱分析，氟化石墨烯仍粘附于硅基片上，润滑薄膜在摩擦过程中未发生明显破坏，拉曼光谱如图10所示。图9为实施例1和实施例5所得的氟化石墨烯复合润滑薄膜及无氟化石墨烯覆盖的空白对比样在0.3N载荷下的摩擦系数随时间变化的关系曲线。本发明方法所制备的超薄氟化石墨烯复合润滑薄膜得益于少层氟化石墨烯在分散液中的良好分散性(经透射电镜表征，氟化石墨烯呈现透明褶皱的形貌且未见团聚，见图1，3)。干燥分散液后所得粉末的红外光谱图中，在1211cm—1处可见强烈的C-F振动峰，且该峰强度依赖于所含氟含量(见图5)。所制得的氟化石墨烯薄膜在原子力显微镜照片中表现为大面积连续分布，表面覆盖率达90%以上，并且厚度均匀，仅有2.3-2.7nm(见图6，7，8)。在施加0.3N载荷状态下，高氟含量氟化石墨烯薄膜的摩擦系数仅为0.18，且磨损轻微，说明具有良好的减摩耐磨性能(见图9,10)。
[0036]本发明方法通过增强氟化石墨烯的分散性，经过逐层构筑硅烷和聚多巴胺粘结层、氟化石墨烯旋涂成膜后获得超薄厚度且连续均匀分布的氟化石墨烯薄膜，充分发挥表层氟化石墨烯的润滑能力，同时亚表层的聚合物粘结层可有效耗散压力，增强耐磨性，有效减小单晶硅片的摩擦系数、增强耐磨性，并具有一定的疏水性。本发明所制备的润滑薄膜在减摩抗磨、疏水不粘等表面工程方面具有良好的应用前景。
【主权项】
1.一种超薄氟化石墨烯复合润滑薄膜的制备方法，其特征在于:包括以下步骤: (i)氟化石墨烯分散液的制备 将氢氧化物加入到有机溶剂中进行搅拌，在搅拌过程中，加入氟化石墨粉末，将混合液超声分散至均匀后放入烘箱干燥直至溶剂蒸发尽;将得到的混合物于180°C加热4h，然后静置至室温，反应产物加入水中搅拌分散，再经减压抽滤、洗涤至中性、干燥过程后得到黑色粉末;将黑色粉末重分散于水-醇混合溶剂中，超声处理5h，超声后得到的分散液经离心后，所得上清液即为氟化石墨烯分散液； (? )聚多巴胺粘结-缓冲层的制备 将单晶硅基片依次进行清洗和氨基硅烷修饰处理，然后将其浸于预先由盐酸多巴胺溶于三羟甲基氨基甲烷缓冲液得到的弱碱性溶液中，于25°C温度下反应6h~10h，单晶硅基片上得到约20nm厚的聚多巴胺粘结-缓冲层； (iii )氟化石墨烯复合润滑薄膜的制备 将步骤(i)中所得氟化石墨烯分散液旋涂于步骤(? )中单晶硅基片上新制得的聚多巴胺粘结-缓冲层之上，即得氟化石墨烯复合润滑薄膜。2.根据权利要求1所述的一种超薄氟化石墨烯复合润滑薄膜的制备方法，其特征在于:所述步骤(i)中氢氧化物是氢氧化钠和氢氧化钾的混合物;所述氢氧化物中氢氧化钠所占的摩尔分数为50?52%。3.根据权利要求1所述的一种超薄氟化石墨烯复合润滑薄膜的制备方法，其特征在于:所述步骤(i)中有机溶剂是甲醇或者乙醇或者异丙醇中的任意一种。4.根据权利要求1所述的一种超薄氟化石墨烯复合润滑薄膜的制备方法，其特征在于:所述步骤(i )中氟化石墨粉末的粒径为4μηι ~6μηι。5.根据权利要求1所述的一种超薄氟化石墨烯复合润滑薄膜的制备方法，其特征在于:所述步骤(i)中有机溶剂的体积与氢氧化物的质量之比为Iml: 25mg~50mg。6.根据权利要求1所述的一种超薄氟化石墨烯复合润滑薄膜的制备方法，其特征在于:所述步骤(i)中反应产物与水的比例是I?2mg =ImLo7.根据权利要求1所述的一种超薄氟化石墨烯复合润滑薄膜的制备方法，其特征在于:所述步骤(i)中水-醇混合溶剂为水-乙醇混合溶剂或者水-异丙醇混合溶剂;水-乙醇混合溶剂中水所占的体积分数为50%；水-异丙醇混合溶剂中，水所占的体积分数为70%。8.根据权利要求1所述的一种超薄氟化石墨烯复合润滑薄膜的制备方法，其特征在于:所述步骤(i)中水-醇混合溶剂与黑色粉末的比例是ImL: 0.5~lmg。9.根据权利要求1所述的一种超薄氟化石墨烯复合润滑薄膜的制备方法，其特征在于:所述步骤(? )中弱碱性溶液的pH值为8.5，盐酸多巴胺的浓度为2mg/mL。10.根据权利要求1所述的一种超薄氟化石墨烯复合润滑薄膜的制备方法，其特征在于:所述步骤(iii )旋涂过程中旋涂速率为800-1200r/min;旋涂次数为5?10次。
【专利摘要】本发明公开了一种超薄氟化石墨烯复合润滑薄膜的制备方法，包括（ⅰ）氟化石墨烯分散液的制备；（ⅱ）聚多巴胺粘结-缓冲层的制备；（ⅲ）氟化石墨烯复合润滑薄膜的制备。本发明采用简便的熔融碱处理和超声分散法制备了稳定的氟化石墨烯分散液，并将其旋涂成膜使之与硅烷偶联剂与聚多巴胺粘结层复合得到超薄厚度、均匀连续分布的减摩耐磨润滑薄膜；此润滑薄膜还具有低表面能和低粘着力，并表现出对氟含量的依赖性；以上特点使润滑薄膜在减摩抗磨、疏水不粘等表面工程方面具有良好的应用前景。
【IPC分类】C09D1/00, C08G73/02, C09D5/00, H01L31/18, C09J179/02, C09J11/06
【公开号】CN105602298
【申请号】CN201510988178
【发明人】王金清, 侯凯明, 杨生荣, 方治文, 刘超, 张敏
【申请人】山东重山光电材料股份有限公司, 中国科学院兰州化学物理研究所
【公开日】2016年5月25日
【申请日】2015年12月25日