本发明涉及纳米薄膜材料,尤其涉及一种高密度高取向聚苯乙烯超薄膜及其制备方法。
背景技术:
1、随着纳米科学技术的发展,聚合物薄膜在表面物理化学、生理学、生物物理学和微电子学等许多科学领域都具有重要意义。除此之外,它们还在许多工业应用中发挥作用,如纳米光刻、润滑、油漆、保护涂层、表面处理、传感器和弹性膜等。当薄膜厚度减小并接近聚合物分子的特征尺寸(回转半径rg)时,由于存在两个界面而产生的受限效应和相互作用可能会强烈改变薄膜的各种物理性质。其中,密度是聚合物薄膜的核心属性,它提供了分子结构与宏观物理性质(如弹性模量、玻璃化转变温度、折射率和气体渗透性)之间的联系。相对于本体聚合物,聚合物薄膜的密度变化对于薄膜光学、电子、热学和机械性能的调控非常重要。例如,聚合物通常被视为热绝缘体,聚合物链密度的提高可增强其传热性;聚合物电介质中偶极子的有序取向有利于有机场效应晶体管中的载流子传输。对于结晶性聚合物,通常可通过增加结晶度提高其密度。然而,对于非晶态聚合物,由于缺少驱动力,制备高密度高取向超薄膜仍然是一大难题。因此,如何制备一种高密度高取向超薄膜成为了本领域技术人员亟需解决的问题。
技术实现思路
1、有鉴于此,本发明提供了一种高密度高取向聚苯乙烯超薄膜及其制备方法。其目的是解决现有技术难以制备出高密度高取向超薄膜的问题。
2、为了达到上述目的,本发明采用如下技术方案:
3、本发明提供了一种高密度高取向聚苯乙烯超薄膜的制备方法,包括以下步骤:
4、s1、将基底浸没于piranha溶液中进行氧化处理得到表面含氧化层的硅基底;
5、s2、将表面含氧化层的硅基底浸没于芳香基三甲氧基硅烷的甲苯溶液中进行反应,反应结束后对表面含氧化层的硅基底进行热处理得到改性基底;
6、s3、将聚苯乙烯的甲苯溶液在改性基底上制成聚苯乙烯薄膜,将聚苯乙烯薄膜进行真空退火处理吸附在改性基底上得到样品;
7、s4、将样品顺次进行洗脱、干燥、真空热处理即得高密度高取向聚苯乙烯超薄膜。
8、进一步的,所述步骤s1中,氧化处理的温度为350~380k,氧化处理的时间为30~60min。
9、进一步的,所述步骤s2中,芳香基三甲氧基硅烷的甲苯溶液的浓度为0.25~1.0vol%;所述芳香基为苯基、萘基或蒽基;所述反应的温度为300~400k,反应的时间为15~120min。
10、进一步的,所述步骤s2中,热处理的温度为400~500k,热处理的时间为20~50min;
11、所述改性基底的表面的芳香基团含量为65~95%。
12、进一步的,所述步骤s3中,聚苯乙烯薄膜的厚度为150~300nm;采用旋涂的方式将聚苯乙烯的甲苯溶液制成聚苯乙烯薄膜,旋涂的转速为2000~5000rpm。
13、进一步的,所述步骤s3中,真空退火处理的温度为400~500k,真空退火处理的时间≤300h。
14、进一步的,所述步骤s4中,洗脱的终点为聚苯乙烯薄膜的厚度不再发生变化。
15、进一步的,所述步骤s4中,真空热处理的温度为300~500k,真空热处理的时间为10~15h。
16、进一步的,所述步骤s1中,基底为硅片或石英片;所述piranha溶液为h2so4和h2o2的混合液,h2so4和h2o2的体积比为3~7:1。
17、本发明还提供了上述制备方法所制备的高密度高取向聚苯乙烯超薄膜。
18、经由上述的技术方案可知,与现有技术相比,本发明的有益效果如下:
19、本发明的制备方法所需的反应条件温和,操作步骤简单,且所制备的聚苯乙烯超薄膜的最终密度是初始密度的1.3倍以上,与基底在垂直方向具有高度取向性,是一种具有独特性能的新型高分子薄膜材料。
1.一种高密度高取向聚苯乙烯超薄膜的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
2.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,所述步骤s1中,氧化处理的温度为350~380k,氧化处理的时间为30~60min。
3.根据权利要求2所述的制备方法,其特征在于,所述步骤s2中,芳香基三甲氧基硅烷的甲苯溶液的浓度为0.25~1.0vol%;所述芳香基为苯基、萘基或蒽基;所述反应的温度为300~400k,反应的时间为15~120min。
4.根据权利要求2或3所述的制备方法,其特征在于,所述步骤s2中,热处理的温度为400~500k,热处理的时间为20~50min;
5.根据权利要求4所述的制备方法,其特征在于,所述步骤s3中,聚苯乙烯薄膜的厚度为150~300nm;采用旋涂的方式将聚苯乙烯的甲苯溶液制成聚苯乙烯薄膜,旋涂的转速为2000~5000rpm。
6.根据权利要求3或5所述的制备方法,其特征在于,所述步骤s3中,真空退火处理的温度为400~500k,真空退火处理的时间≤300h。
7.根据权利要求6所述的制备方法,其特征在于,所述步骤s4中,洗脱的终点为聚苯乙烯薄膜的厚度不再发生变化。
8.根据权利要求2、5或7所述的制备方法,其特征在于,所述步骤s4中,真空热处理的温度为300~500k,真空热处理的时间为10~15h。
9.根据权利要求8所述的制备方法,其特征在于,所述步骤s1中,基底为硅片或石英片;所述piranha溶液为h2so4和h2o2的混合液,h2so4和h2o2的体积比为3~7:1。
10.权利要求1~9任一项所述制备方法所制备的高密度高取向聚苯乙烯超薄膜。