一种多层膜材料及其制备方法

1.本发明属于薄膜材料技术领域，涉及一种多层膜材料及其制备方法。


背景技术：

2.随着时代发展，膜材料在电磁防护、半导体、医药、电池等领域应用愈加广泛，同时，现代工业对于膜的精细化结构设计也愈加看重，传统的单一物质的均一膜材料已逐渐消失，新兴的多层结构化膜材料正逐渐走入大众视野。真空过滤法作为一种能有效控制膜精细化结构的方法，是一种设计膜材料层数与层厚的优秀制备方法。
3.中国发明专利cn113060734a公开了一种红外低发射率mxene薄膜及其制备方法，通过真空过滤的方法得到了均一的单层mxene薄膜，但并没有提供多层不同物质的复合膜的制备方法，无法进一步调整以满足各种条件下的应用。
4.中国发明专利cn105336551b公开了一种碳基双层薄膜的制备方法，先分别抽滤出2张薄膜，加工后再施加压力将两层膜自然粘结在一起，烘干得到双层膜。但这种方法其本质是制得两层膜再通过外界作用，强行粘结，操作繁琐，普适性低。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种多层膜材料及其制备方法，能够精细化调控膜材料的层数和各层膜材料的厚度，并且操作简单，方便快捷。
6.为达到上述目的，本发明是采用下述技术方案实现的：一种多层膜材料的制备方法，包括以下步骤：将二维材料分散于溶剂中，制得二维材料分散液；将各层膜的原料分别分散于各溶剂中，制得若干膜材料分散液；对二维材料分散液进行抽滤；当二维材料分散液即将抽滤完毕时，形成的二维材料层上再加入二维材料层相邻膜层的膜材料分散液继续进行抽滤，直至抽滤完各层膜的膜材料分散液；抽滤完成后，对附着多层膜的抽滤膜进行干燥和剥离，制得多层膜。
7.可选的，在加入相邻膜层的膜材料分散液前，先滴加溶剂进行润湿。
8.可选的，所述二维材料包括石墨烯、氧化石墨烯、还原氧化石墨烯或mxene。
9.可选的，所述溶剂包括水、醇类、金属盐溶液或酸碱溶液。
10.可选的，溶剂具有粘性小、易于抽滤、易于蒸发的特性。
11.可选的，溶剂中含有用于提高抽滤效率的金属离子。
12.可选的，用于分散二维材料的溶剂与用于分散各层膜原料的溶剂相同。
13.可选的，各层膜为不溶于溶剂、易于分散于溶剂中的固体材料。
14.可选的，各膜层的两面设有用于提高多层膜整体机械性能的二维材料层。
15.一种多层膜材料，通过上述技术制备方法制备而成。
16.与现有技术相比，本发明所达到的有益效果：
本发明提供一种多层膜材料及其制备方法，该方法操作简便，通过抽滤膜材料分散液的次数能够高效快捷地精细化的调控膜材料的层数，通过抽滤膜材料分散液的量能够高效快捷地精细化的调控膜材料各层的厚度，从而得到各种结构的多层膜，满足现代工艺对膜材料的更高要求。
17.本技术整体上无需高温，无需外接电场，各层设计都通过真空过滤法一步解决，大大提高制备效率。
附图说明
18.图1所示为本发明实施例制备的rgo/zif-67双层膜rgo一侧示意图(a)和zif-67一侧示意图(b)；图2所示为本发明实施例制备的go/ps/go三层膜示意图；图3所示为本发明实施例制备的rgo/cnts交替结构五层膜示意图。
具体实施方式
19.下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
20.在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应该理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。
21.出于本说明书和所附权利要求书的目的，除非另有陈述，否则所有表达量、百分数或比例的数字及本说明书和所附权利要求书中所用的其他数值被理解为在所有情况下都由术语“约”修饰。此外，本文公开的所有范围都包括端点在内且可独立组合。
22.实施例一如图1所示，一种多层膜材料的制备方法，包括以下步骤：s1，将40 mg氯化铜和40 mg氧化石墨烯加入40 ml甲醇溶液中，超声分散60 min至分散均匀，得到氧化石墨烯分散液，再向氧化石墨烯分散液加入400 mg抗坏血酸，60℃下还原30 min，得到还原氧化石墨烯分散液；s2，将160 mg六水合硝酸钴、640 mg的2-甲基咪唑和160 mg聚乙烯吡咯烷酮加入40 ml甲醇中，搅拌1h后，陈化24h，得到紫色zif-67分散液；s3，将抽滤膜置于抽滤瓶的砂芯上，搭好抽滤装置，将s1中的还原氧化石墨烯分散液倒入抽滤装置进行抽滤；s4，待液体即将抽滤完毕时，滴入几滴甲醇润湿还原氧化石墨烯层，立刻将s2中的zif-67分散液沿容器壁缓慢加入，直至抽滤完毕；s5，抽滤完成后，取下附着rgo/zif-67双层膜的抽滤膜，并在空气中干燥10 min，干燥后可从抽滤膜边缘轻松剥离得到rgo/zif-67双层膜，该双层膜一面为代表zif-67的紫色，而另一面则为氧化石墨烯的深褐色，其柔性可从表面褶皱看出。
23.一种多层膜材料，通过上述技术制备方法制备而成。
24.实施例二
如图2所示，一种多层膜材料的制备方法，包括以下步骤：s1，将20 mg氯化铜和20 mg氧化石墨烯加入20 ml水溶液中，超声分散30 min至分散均匀，得到氧化石墨烯分散液，共制备两份上述溶液；s2，将5mgps微球加入5ml水中，超声分散30min，得到浅白色ps分散液；s3，将抽滤膜置于抽滤瓶的砂芯上，搭好抽滤装置，将s1中的一份氧化石墨烯分散液倒入抽滤装置进行抽滤；s4，待液体即将抽滤完毕时，滴入几滴水润湿该层，立刻将s2中的ps微球分散液沿容器壁缓慢加入，待液体即将抽滤完毕时，滴入几滴水润湿该层，立刻将s1中的另一份氧化石墨烯分散液沿容器壁缓慢加入，直到抽滤完毕；s5，抽滤完成后，取下附着三层膜的抽滤膜，并在空气中干燥10 min，干燥后可从抽滤膜边缘轻松剥离得到go/ps/go三层膜，该三层膜明显看出上下面的两层氧化石墨烯间存在夹层心结构，即为所加入的ps微球层。
25.一种多层膜材料，通过上述技术制备方法制备而成。
26.实施例三一种多层膜材料的制备方法，包括以下步骤：s1，将10 mg氯化铜和10 mg氧化石墨烯加入10 ml乙醇溶液中，超声分散30 min至分散均匀，得到氧化石墨烯分散液；再向氧化石墨烯分散液加入100mg抗坏血酸，还原60min，得到还原氧化石墨烯分散液，共制备三份上述溶液；s2，将10mgcnts、3mg聚乙烯吡咯烷酮加入10ml乙醇中，超声分散10 min，得到cnts分散液，共制备两份上述溶液；s3，将抽滤膜置于抽滤瓶的砂芯上，搭好抽滤装置，将s1中的一份还原氧化石墨烯分散液倒入抽滤装置进行抽滤；s4，待液体即将抽滤完毕时，滴入几滴乙醇润湿该层，立刻将s2中的一份cnts分散液沿容器壁缓慢加入；待液体即将抽滤完毕时，滴入几滴乙醇润湿该层，立刻将s1中的另一份还原氧化石墨烯分散液沿容器壁缓慢加入；待液体即将抽滤完毕时，滴入几滴乙醇润湿该层，立刻将s2中的另一份cnts分散液沿容器壁缓慢加入；待液体即将抽滤完毕时，滴入几滴乙醇润湿该层，立刻将s1中的第三份还原氧化石墨烯分散液沿容器壁缓慢加入，直到抽滤完毕；s5，抽滤完成后，取下附着rgo/cnts交替结构五层膜的抽滤膜，并在空气中干燥20 min，干燥后可从抽滤膜边缘轻松剥离得到rgo/cnts交替结构五层膜。
27.一种多层膜材料，通过上述技术制备方法制备而成。
28.实施例四如图3所示，一种多层膜材料的制备方法，包括以下步骤：s1，将10 mg氯化铜和10 mg氧化石墨烯加入10 ml乙醇溶液中，超声分散30 min至分散均匀，得到氧化石墨烯分散液；再向氧化石墨烯分散液加入100mg抗坏血酸，还原60min，得到还原氧化石墨烯分散液，共制备三份上述溶液；s2，将10mgcnts、3mg聚乙烯吡咯烷酮加入10ml乙醇中，超声分散10 min，得到cnts分散液，共制备两份上述溶液；s3，将抽滤膜置于抽滤瓶的砂芯上，搭好抽滤装置，将s1中的一份还原氧化石墨烯
分散液倒入抽滤装置进行抽滤；s4，待液体即将抽滤完毕时，滴入几滴乙醇润湿该层，将砂芯上抽滤瓶向一侧平移2mm，立刻将s2中的一份cnts分散液沿容器壁缓慢加入；待液体即将抽滤完毕时，滴入几滴乙醇润湿该层，将砂芯上抽滤瓶向同一侧平移2mm，立刻将s1中的另一份还原氧化石墨烯分散液沿容器壁缓慢加入；待液体即将抽滤完毕时，滴入几滴乙醇润湿该层，将砂芯上抽滤瓶向同一侧平移2mm，立刻将s2中的另一份cnts分散液沿容器壁缓慢加入；待液体即将抽滤完毕时，滴入几滴乙醇润湿该层，将砂芯上抽滤瓶向同一侧平移2mm，立刻将s1中的第三份还原氧化石墨烯分散液沿容器壁缓慢加入，直到抽滤完毕；s5，抽滤完成后，取下附着rgo/cnts交替结构五层膜的抽滤膜，并在空气中干燥20 min，干燥后可从抽滤膜边缘轻松剥离得到rgo/cnts交替结构五层膜，如图3所示，可明显看出该膜具有五层结构，分别为光滑反光的1、3、5层的rgo层和粗糙颗粒状的2、4层的cnts层。
29.一种多层膜材料，通过上述技术制备方法制备而成。
30.实施例五一种多层膜材料的制备方法，包括以下步骤：s1，将10 mg氯化铜和10 mg氧化石墨烯加入10 ml乙醇溶液中，超声分散30 min至分散均匀，得到氧化石墨烯分散液；再向氧化石墨烯分散液加入100mg抗坏血酸，还原60min，得到还原氧化石墨烯分散液，共制备六份上述溶液；s2，将10mgcnts、3mg聚乙烯吡咯烷酮加入10ml乙醇中，超声分散10 min，得到cnts分散液，共制备五份上述溶液；s3，将抽滤膜置于抽滤瓶的砂芯上，搭好抽滤装置，将s1中的第一份还原氧化石墨烯分散液倒入抽滤装置进行抽滤；s4，待液体即将抽滤完毕时，滴入几滴乙醇润湿该层，立刻将s2中的第一份cnts分散液沿容器壁缓慢加入；待液体即将抽滤完毕时，滴入几滴乙醇润湿该层，立刻将s1中的第二份还原氧化石墨烯分散液沿容器壁缓慢加入；待液体即将抽滤完毕时，滴入几滴乙醇润湿该层，立刻将s2中的第二份cnts分散液沿容器壁缓慢加入；待液体即将抽滤完毕时，滴入几滴乙醇润湿该层，立刻将s1中的第三份还原氧化石墨烯分散液沿容器壁缓慢加入；待液体即将抽滤完毕时，滴入几滴乙醇润湿该层，立刻将s2中的第三份cnts分散液沿容器壁缓慢加入；待液体即将抽滤完毕时，滴入几滴乙醇润湿该层，立刻将s1中的第四份还原氧化石墨烯分散液沿容器壁缓慢加入；待液体即将抽滤完毕时，滴入几滴乙醇润湿该层，立刻将s2中的第四份cnts分散液沿容器壁缓慢加入；待液体即将抽滤完毕时，滴入几滴乙醇润湿该层，立刻将s1中的第五份还原氧化石墨烯分散液沿容器壁缓慢加入；待液体即将抽滤完毕时，滴入几滴乙醇润湿该层，立刻将s2中的第五份cnts分散液沿容器壁缓慢加入；待液体即将抽滤完毕时，滴入几滴乙醇润湿该层，立刻将s1中的第六份还原氧化石墨烯分散液沿容器壁缓慢加入，直到抽滤完毕；s5，抽滤完成后，取下附着rgo/cnts交替结构十一层膜的抽滤膜，并在空气中干燥60 min，干燥后可从抽滤膜边缘轻松剥离得到rgo/cnts交替结构十一层膜。
31.一种多层膜材料，通过上述技术制备方法制备而成。
32.比对各实施例制备过程可知，各类多孔二维载体作为薄膜底部，承载着其他各层物质，形成整体多层膜结构。适用性广泛，但随着层数增加，各层抽滤时间也会逐渐增加，需
结合实际需求选择结构。
33.以上所述仅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，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。