纳米多孔强聚电解质薄膜的制备方法与流程

本发明属于新材料技术领域，具体涉及一种新型的制备纳米多孔强聚电解质薄膜的方法。

背景技术：

为构建多层聚电解质薄膜，层层组装技术得到广泛的研究和应用。通过调控聚电解质的性质和组装的条件(如ph，离子强度和温度)来调节聚电解质薄膜的物理化学性质。而其中纳米多孔聚合物薄膜因其在纳米过滤，药物运输，控释体系以及抗反射涂层和生物材料等方面的潜在应用而显得尤为重要。

rubner等人首次使用弱聚电解质来制备层层多孔聚电解质薄膜。他们使用聚丙烯酸和聚烯丙胺制备多层弱聚电解质，并将这些弱聚电解质多层膜浸入酸性溶液中制备微孔薄膜。直到今日，研究人员在纳米多孔聚电解质薄膜领域进行了大量的研究，但这些研究工作都是基于弱聚电解质体系。据了解，在该领域关于制备纳米多孔强聚电解质薄膜的研究至今还是空白。由于弱聚电解质薄膜对于外部刺激(如ph和离子强度)很敏感，薄膜的结构和性质很容易受影响，所以弱聚电解质薄膜的应用受到了限制。而强聚电解质薄膜则对外界环境的敏感程度较低，应用更加广泛。由于完全电离，在组装过程中强聚电解质分子链在薄膜内的迁移率明显低于弱聚电解质分子链，所以纳米多孔结构经常出现在弱聚电解质薄膜中，而不会出现在强聚电解质薄膜中。而本方法的结果表明在离子液体的水溶液中组装时，强聚电解质分子链在膜内也具有很高的流动性，也可以制备出纳米多孔的强聚电解质薄膜。

技术实现要素：

本发明的目的在于针对现有技术的不足而提供了一种制备强聚电解质纳米多孔薄膜的新方法，使用强聚电解质pss和pdadmac在bmimcl离子液体水溶液中层层组装来制备纳米多孔强聚电解质薄膜。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：纳米多孔强聚电解质薄膜的制备方法，其特征在于：使用强聚电解质在离子液体水溶液中层层自组装来制备纳米多孔强聚电解质薄膜。

按上述方案，所述的强聚电解质为pss(聚苯乙烯磺酸钠，mw＝70kda)和pdadmac(聚二甲基二烯丙基氯化铵，mw<100kda)。

按上述方案，所述的离子液体水溶液为bmimcl(1-丁基-3-甲基咪唑氯盐)、hmimcl(1-己基-3-甲基咪唑氯盐)或emimcl(1-乙基-3-甲基咪唑氯盐)。

按上述方案，包括有以下步骤：用bmimcl水溶液制备两种浓度均为0.5-1.0mg/ml的聚电解质pss和pdadmac的溶液，然后手动浸渍经过预处理的硅片或玻璃基板，使聚电解质在硅片或玻璃基板上进行连续的吸附，在沉积完所需的层数后，用水冲洗以消除膜表面上吸附的过量盐颗粒。

按上述方案，所述的硅片或玻璃基板在聚电解质溶液中交替浸渍的时间为5-15分钟，在此期间采用水冲洗2-4次。

按上述方案，所述的硅片或玻璃基板的预处理方法是：首先用食人鱼溶液处理清洗硅晶片/玻璃基片；然后，在1：1的水和2-丙醇的混合物中超声15-30分钟；接着，在5：1：1的水、30％过氧化氢和29％氨水的混合溶液中50-80℃下处理10-30分钟；最后，用大量的水冲洗硅片或玻璃基片，在氮气气氛中吹干。

本发明的机理：本发明运用离子液体中阳离子的直径远远大于普通氯化钠中钠离子的直径，从而大尺寸的离子液体阳离子可以使正负聚电解质在组装时的分子构象更加卷曲，从而导致纳米孔洞的出现。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

1)本发明提供了一种制备纳米多孔薄膜的新方法，与传统的制备方法不同，本方法不依赖于弱聚电解质体系而是使用强聚电解质pss和pdadmac在bmimcl离子液体水溶液中层层组装来制备纳米多孔薄膜；

2)本发明提供的利用强聚电解质制备纳米多孔薄膜的方法简单有效；

3)本发明制备的纳米多孔强聚电解质薄膜可用于抗反射涂层，通过组装时离子液体的浓度和种类，以及组装层数等等可精确控制多孔薄膜的孔洞大小。

附图说明

图1为实施例1、2、3、4制备得到的强聚电解质薄膜层数与厚度的关系曲线；

图2(a,b)为实施例3制备得到的纳米多孔强聚电解质薄膜的afm图，(c,d)为实施例4制备得到的强聚电解质薄膜的afm图；

图3为实施例3制备得到的纳米多孔强聚电解质薄膜与空白玻璃对比的透射曲线。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步详细的说明。

硅片或玻璃基板的预处理方法是：首先用食人鱼溶液处理清洗硅晶片/玻璃基片；然后，在1：1的水和2-丙醇的混合物中超声15-30分钟；接着，在5：1：1的水、30％过氧化氢和29％氨水的混合溶液中50-80℃下处理10-30分钟；最后，用大量的水冲洗硅片或玻璃基片，在氮气气氛中吹干。

实施例1

用浓度为0.1mbmimcl离子液体水溶液制备两种浓度均为0.5mg/ml聚电解质pss和pdadmac的溶液。然后通过手动浸渍经过预处理的硅或玻璃基板，使聚电解质在基板上进行连续的吸附。基片在这两种聚合物溶液中交替浸渍10分钟，在此期间用水冲洗3次。在沉积完所需的层数后，用水冲洗以消除膜表面上吸附的过量盐颗粒。如图1，在浓度为0.1mbmimcl离子液体水溶液制备薄膜时，薄膜的厚度随着层数的增加类似线性增长，组装完8个双层后，厚度差不多为30nm。

实施例2

用浓度为0.3mbmimcl离子液体水溶液制备两种浓度均为0.5mg/ml聚电解质pss和pdadmac的溶液。然后通过手动浸渍经过预处理的硅或玻璃基板，使聚电解质在基板上进行连续的吸附。基片在这两种聚合物溶液中交替浸渍10分钟，在此期间用水冲洗3次。在沉积完所需的层数后，用水冲洗以消除膜表面上吸附的过量盐颗粒。如图1，在浓度为0.3mbmimcl离子液体水溶液制备薄膜时，薄膜的厚度随着层数的增加类似指数增长，组装完8个双层后，厚度差不多为80nm。

实施例3

用浓度为0.5mbmimcl离子液体水溶液制备两种浓度均为0.5mg/ml聚电解质pss和pdadmac的溶液。然后通过手动浸渍经过预处理的硅或玻璃基板，使聚电解质在基板上进行连续的吸附。基片在这两种聚合物溶液中交替浸渍10分钟，在此期间用水冲洗3次。在沉积完所需的层数后，用水冲洗以消除膜表面上吸附的过量盐颗粒。如图1，在浓度为0.5mbmimcl离子液体水溶液制备薄膜时，薄膜的厚度随着层数的增加呈明显的指数增长，组装完8个双层后，厚度达到120nm。从图2的afm图中可以明显看出薄膜表面具有很多纳米孔洞。同时，从图3的透过曲线可以看出，纳米多孔薄膜使得玻璃基片对光线的透过性大幅度提升。

实施例4

用浓度为0.5mnacl溶液制备两种浓度均为0.5mg/ml聚电解质pss和pdadmac的溶液。然后通过手动经过预处理的浸渍硅或玻璃基板，使聚电解质在基板上进行连续的吸附。基片在这两种聚合物溶液中交替浸渍10分钟，在此期间用水冲洗3次。在沉积完所需的层数后，用水冲洗以消除膜表面上吸附的过量盐颗粒。如图1，在浓度为0.5mnacl溶液制备薄膜时，薄膜的厚度随着层数的增加类似指数增长，组装完8个双层后，厚度差不多为90nm。但从图2的afm图中可以明显看出薄膜表面没有纳米孔洞。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的实例，而并非对实施方式的限制。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而因此所引申的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之内。