专利名称：一种利用阳离子腐蚀法制备多孔单分子薄膜材料的方法
技术领域：
本发明涉及薄膜材料制备领域，特别是指一种多孔单分子薄膜材料的制备方法。
背景技术：
现有技术在制备多孔材料时，通常采用模板合成法。模板合成法首先制备颗粒模板，再将颗粒模板嵌入到成膜材料中，待固化后将颗粒模板除去，从而形成多孔材料。发明人在实现本发明的过程中，发现现有技术至少存在以下缺点利用模板合成法制备多孔材料时，所用的颗粒模板很难完全除去，会残留一部分在多孔材料上，进而影响多孔材料的性能。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种多孔单分子薄膜材料的制备方法，能够制备超薄多孔薄膜，并且保证薄膜的平整性，不引入其它杂质。为解决上述技术问题，本发明的实施例提供技术方案如下一方面，提供一种多孔单分子薄膜材料的制备方法，包括利用Langmuir-Blodgett (LB)技术在基底上制备单分子膜，调整制备LB膜时的表面压以控制薄膜的致密性。将单分子膜浸入到盐溶液中腐蚀获得多孔结构。通过调整浸泡时间，盐溶液浓度，溶液阳离子的价态以及拉膜时的表面压来控制孔的大小和覆盖面积。其中，所述LB膜的成膜材料为硬脂酸，溶剂为正己烷，所配成的硬脂酸溶液的浓度为2mM/L。其中，所述铺展溶液滴加在亚相(去离子水)表面的容量为15yL，等待自组装时间为IOmin。其中，所述压膜速度为8cm7min。通过设定不同表面压来控制LB膜的致密性。其中，所述在不同表面压下的拉膜速度为2mm/min。其中，所述基底为亲水性基底。其中，所述基底为云母。其中，所述盐溶液为氯化钠、氯化镁溶液。本发明的实施例具有以下有益效果上述方案中，首先利用Langmuir-Blodgett(LB)技术，在云母基底上制备单分子膜。通过控制拉膜时的表面压来控制薄膜的致密性。将单层膜浸入盐溶液腐蚀后会形成多孔结构，通过控制浸泡时间，盐溶液的浓度，溶液阳离子的价态以及拉膜时的表面压来控制孔的大小和覆盖面积。通过此方法可以得到非常平整的不含其它杂质的多孔单分子薄膜， 避免了模板合成法中模板物质残留在多孔材料上的问题。
图1为本发明实施例的多孔单分子薄膜材料的制备方法流程示意图；图2为本发明实施例的成膜材料硬脂酸的结构式示意图；图3为本发明实施例的多孔单分子薄膜材料的制备流程示意图。
具体实施例方式为使本发明的实施例要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。本发明的实施例针对现有技术中利用模板合成法制备多孔材料时，所用的颗粒模板无法完全去除的问题，提供一种多孔薄膜材料的制备方法，能够保证薄膜的平整性，不引入其他杂质。Langmuir-Blodgett技术是一种构建有序分子薄膜的技术，把空气/液体界面上的有序单分子膜转移到固体表面上所组装成的薄膜成为Langmuir-Blodgett膜。这种技术可以在分子水平上精确控制薄膜的厚度，因此被广泛应用到薄膜材料的制备中。本发明利用LB技术，在云母基底上制备出单分子膜，再将制备的LB单分子膜浸入到盐溶液中腐蚀得到多孔结构，孔的大小和覆盖面积可以通过调整浸泡时间，盐溶液浓度，溶液阳离子的价态以及拉膜时的表面压来控制。图1为本发明实施例的多孔单分子薄膜材料的制备方法流程示意图，如图1所示， 本实施例包括步骤101 利用Langmuir-Blodgett (LB)膜制备方法在基底上制备单分子膜，调整制备LB膜时的表面压以控制薄膜的致密性。步骤102 将单分子膜浸入到盐溶液中腐蚀，获得多孔结构。步骤103 通过调整浸泡时间，盐溶液浓度，溶液阳离子的价态以及拉膜时的表面压来控制孔的大小和覆盖面积。下面以制备硬脂酸单分子膜为例，具体说明本发明多孔单分子薄膜制备方法的步骤一、环境要求在制备硬脂酸单分子膜时，温度控制在室温条件下，整个过程都需在千级超净间中进行。硬脂酸分子在成膜之前是松散的漂浮在亚相(去离子水)表面上，经过压缩使硬脂酸分子紧密的排列在一起形成单分子膜。在将硬脂酸分子压缩成膜的过程中，温度越高，硬脂酸分子的热运动越剧烈，分子间的距离越大，排列的越松散，不易形成较为致密的薄膜。 周围空气中的灰尘过多，会在制备压缩成膜过程中落在亚相表面形成杂质，影响薄膜的纯度和平整度，进而影响到薄膜自身的性质。二、成膜材料及铺展溶液制备LB膜的成膜材料首先要求是两亲分子，其次要求亲水头基极性不能太强，疏水碳氢尾链不宜过短，否则分子会溶于水中。硬脂酸分子满足上述要求，是一种很好的成膜材料，其结构式如图2所示。由于成膜材料不溶于水，需要借助铺展溶液(易挥发的有机溶齐U)铺展到亚相表面，待铺展溶液挥发后，只留成膜材料在亚相表面。铺展溶液的挥发速度不宜过快，速度过快会导致成膜材料不能完全铺展开，正己烷挥发速度适中，因此在制备LB
4膜过程中采用正己烷作为铺展溶液。三、基底的选择基底分为亲水性和疏水性两种，亲水性基底比疏水基底有更高的浸润性，而在制备硬脂酸单分子膜时，基底需要从亚相表面向上拉出，基底表面首先与硬脂酸分子的亲水基团相遇，这就要求基底为亲水。由于云母具有较高的亲水性，并且解离后的云母表面十分平整，而且在随后盐溶液对硬脂酸单分子膜腐蚀的过程，也是由于溶液中阳离子与带负电性的云母表面相互吸引，屏蔽了硬脂酸极性分子与云母表面的经典相互作用引起的，因此在制备硬脂酸单分子膜时选用云母作为基底。四、硬脂酸单层膜的制备在室温下，将硬脂酸分子通过正己烷铺展到亚相表面(去离子水)，待正己烷挥发后压缩硬脂酸分子，使其间距不断减小，在亚相表面形成一层单分子薄膜，通过调整成膜时表面压的大小来控制硬脂酸单分子膜的致密性。将云母从亚相表面之下以2mm/min的速度提起，使硬脂酸单分子膜转移到云母表面上，如图3步骤1所示。本实施例中硬脂酸单层膜的高度约为2nm。五、多孔硬脂酸单分子膜的制备。将制备好的硬脂酸单分子膜浸入盐溶液中。由于溶液中阳离子的存在，屏蔽了硬脂酸分子极性基团与云母基底之间的静电相互作用，使得硬脂酸分子脱离云母表面，使硬脂酸单分子膜形成孔状结构，该过程即腐蚀过程，如图3步骤2-3所示。随着时间的增加，这种静电屏蔽作用不断发生，孔的尺寸也逐渐增大，孔的覆盖区域也逐渐增多。当盐溶液浓度增加时，溶液中阳离子数量会随之增加，即更多的离子参与到腐蚀过程中来，孔的尺寸及覆盖区域随之增加。当溶液中的阳离子处于高价态时，相对于低价态的阳离子(如Mg2+相对于Na+)其静电屏蔽效果更为明显，在相同条件下会获得较大尺寸的孔。当改变成膜表面压时，硬脂酸单分子膜本身的致密性也会受到影响，表面压较低的单分子膜，致密性相对较低，更容易被盐溶液腐蚀，从而在相同条件下会得到较大的孔， 但是表面压过低会导致薄膜的稳定性不够，造成大面积脱落。上述步骤说明了制备硬脂酸多孔单分子膜的过程，上述方法同样适用于其它用来制备LB膜的成膜材料。本发明实施例中，首先制备出LB单分子薄膜，之后将其浸入盐溶液中腐蚀，得到多孔结构。通过调整浸泡时间，盐溶液浓度，溶液阳离子的价态以及拉膜时的表面压来控制孔的大小和覆盖面积。从而实现多孔薄膜的制备以及对其孔径大小的控制。以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
权利要求
1.一种多孔薄膜材料的制备方法，其特征在于，包括利用Langmuir-BlodgettaB)膜制备方法在基底上制备单分子膜，调整制备LB膜时的表面压以控制薄膜的致密性。将单分子膜浸入到盐溶液中腐蚀，获得多孔结构。通过调整浸泡时间，盐溶液浓度，溶液阳离子的价态以及拉膜时的表面压来控制孔的大小和覆盖面积。
2.根据权利要求1所述的多孔薄膜材料的制备方法，其特征在于，所述LB膜的成膜材料为硬脂酸，溶剂为正己烷，所配成的硬脂酸溶液的浓度为2mM/L。
3.根据权利要求2所述的多孔薄膜材料的制备方法，其特征在于，所述硬脂酸溶液滴加在亚相(去离子水)表面的容量为15 μ L，等待自组装时间为 lOmin。
4.根据权利要求3所述的多孔薄膜材料的制备方法，其特征在于，所述压膜速度为 8cm2/min。通过设定表面压来控制LB膜的致密性。
5.根据权利要求4所述的多孔薄膜材料的制备方法，其特征在于，所述的在不同表面压下的拉膜速度为2mm/min。
6.根据权利要求1所述的多孔薄膜材料的制备方法，其特征在于，所述基底为亲水性基底。
7.根据权利要求6所述的多孔薄膜材料的制备方法，其特征在于，所述基底为云母。
8.根据权利要求1所述的多孔薄膜材料的制备方法，其特征在于，所述盐溶液为氯化钠、氯化镁溶液。
全文摘要
本发明提供一种多孔单分子薄膜材料的制备方法，属于薄膜材料制备领域。其中，该多孔单分子薄膜的制备方法包括利用Langmuir-Blodgett(LB)技术在基底上制备硬脂酸单分子膜，调整制备LB膜时的表面压以控制薄膜的致密性。将硬脂酸单分子膜浸入到盐溶液中腐蚀获得多孔结构。通过调整浸泡时间，盐溶液浓度，溶液阳离子的价态以及拉膜时的表面压来控制孔的大小和覆盖面积。本发明实施例的多孔单分子薄膜的制备方法，能够制备超薄多孔薄膜，并且保证薄膜的平整性，不引入其它杂质。本发明的技术方案适用于多孔材料的制备中。
文档编号C04B41/47GK102531673SQ201210057469
公开日2012年7月4日 申请日期2012年3月7日 优先权日2012年3月7日
发明者刘波, 李银丽, 梁浩, 王硕, 赵慧玲 申请人:河南大学