一种制造复合纳米薄膜的方法及其复合纳米薄膜

摘要

本发明实施例公开了一种制造复合纳米薄膜的方法，包括：将有机纳米材料溶于第一溶剂中，获得第一分散溶液；将聚乙烯醇溶于第二溶剂中，获得第二分散溶液；提供基片并对基片进行亲水处理；将基片浸入所述第二分散溶液中形成聚乙烯醇薄膜；将基片浸入第一分散溶液中形成有机纳米材料薄膜；重复前两个步骤至少一次，形成复合纳米薄膜；从基片上剥离复合纳米薄膜。本发明的实施例中，使用有机纳米材料与聚乙烯醇形成复合纳米薄膜，形成的复合纳米薄膜具有良好的耐水性。

说明书

技术领域

本发明涉及薄膜材料领域，尤其是涉及一种制造复合纳米薄膜的方法及其复合纳米薄膜。

背景技术

随着人们对环保的日益重视，塑料使用后给环境带来的“白色公害”引起了世界的关注，因此，具有生物分解能力的材料获得了蓬勃发展。聚乙烯醇薄膜具优异的微生物分解性能，能被分解成二氧化碳和水，不污染环境，同时又具有一些独特的性能，如：气体阻隔性、透明性、抗静电性、强韧性、耐有机溶剂性、水溶性等，能够满足各个行业对薄膜提出的各种各样的要求，因此在国内外引起了开发应用热潮。

聚乙烯醇薄膜最大的优点是水溶性，然而最大的缺点是耐水性差。因此，存在对于耐水性较好的聚乙烯醇薄膜的需求。

发明内容

本发明的目的之一是提供一种能够形成具有良好耐水性的复合纳米薄膜的制造复合纳米薄膜的方法及其复合纳米薄膜。

本发明实施例公开的技术方案包括：

一种制造复合纳米薄膜的方法，其特征在于，包括：步骤A：将有机纳米材料溶于第一溶剂中，获得第一分散溶液；步骤B：将聚乙烯醇溶于第二溶剂中，获得第二分散溶液；步骤C：提供基片，并对所述基片进行亲水处理；步骤D：将经过了所述亲水处理的所述基片浸入所述第二分散溶液中，并提拉所述基片，在所述基片上形成聚乙烯醇薄膜；步骤E：将形成了所述聚乙烯醇薄膜的所述基片浸入所述第一分散溶液中，并提拉所述基片，在所述聚乙烯醇薄膜上形成有机纳米材料薄膜，所述聚乙烯醇薄膜和所述有机纳米材料薄膜形成复合膜层；对形成了所述复合膜层的基片重复执行步骤D和步骤E至少一次，在所述复合膜层上形成至少一个另一层复合膜层，所述复合膜层和所述至少一个另一层复合膜层形成复合纳米薄膜；从所述基片上剥离所述复合纳米薄膜。

进一步地，在从所述基片上剥离所述复合纳米薄膜之前还包括：对所述复合纳米薄膜进行还原处理。

进一步地，所述有机纳米材料为氧化石墨烯或者氮掺杂的氧化石墨烯。

进一步地，所述第一溶剂和/或所述第二溶剂为超纯水。

进一步地，对所述基片进行亲水处理包括：将所述基片置于亲水处理溶液中超声第一预定时间。

进一步地，所述亲水处理溶液为浓硫酸和双氧水的混合溶液或者氨水、双氧水和去离子水的混合溶液；所述第一预定时间为1小时。

进一步地，所述基片为石英基片或者硅片。

进一步地，对所述复合纳米薄膜进行还原处理包括：将形成了所述纳米复合薄膜的基片置于第一温度下的肼蒸汽中第二预定时间。

进一步地，所述第一温度为95至100摄氏度；所述第二预定时间为1小时。

本发明的实施例还提供一种复合纳米薄膜，其特征在于：所述复合纳米薄膜包括相互层叠的至少两层复合膜层，所述复合膜层包括聚乙烯醇薄膜和形成在所述聚乙烯醇薄膜上的有机纳米材料薄膜。

本发明的实施例中，使用有机纳米材料与聚乙烯醇形成复合纳米薄膜，形成的复合纳米薄膜具有良好的耐水性。该有机纳米材料在溶剂中具有良好的分散性，在静电自组装仪器的控制下具有较好的成膜性能，能够获得高密度、均匀一致的复合薄膜材料，并且可以实现大面积成膜。复合纳米材料薄膜的厚度可以通过沉积不同的有机纳米材料薄膜及聚乙烯醇薄膜的层数来进行调控。

附图说明

图1是本发明一个实施例的制造复合纳米薄膜的方法的流程示意图。

图2是本发明一个实施例的静电自组装成膜装置的示意图。

具体实施方式

如图1所述，本发明的一个实施例中，一种制造复合纳米薄膜的方法包括步骤10、步骤12、步骤14、步骤16、步骤18、步骤20和步骤22。

步骤10（步骤A）：制备第一分散溶液。

本发明的实施例中，可以将有机纳米材料溶于第一溶剂中，从而获得第一分散溶液。其中，该有机纳米材料可以是任何适合的有机纳米材料，例如，一个实施例中，该有机纳米材料为氧化石墨烯或者氮掺杂的氧化石墨烯。该第一溶剂可以是任何适合的溶剂，只要有机纳米材料能溶解于其中并且能够用于在基片上形成有机纳米材料薄膜即可。例如，一个实施例中，该第一溶剂可以为超纯水。此外，第一分散溶液的浓度可以根据实际情况的需要而灵活设定，例如，一个实施例中，第一分散溶液的浓度可以为0.5~ 2mg/ml（毫克/毫升）。

步骤12（步骤B）：制备第二分散溶液。

本发明的实施例中，可以将聚乙烯醇溶于第二溶剂中，从而获得第二分散溶液。其中，该第二溶剂可以是任何适合的溶剂，只要有机纳米材料能溶解于其中并且能够用于在基片上形成有机纳米材料薄膜即可。例如，一个实施例中，该第二溶剂可以为超纯水。此外，第二分散溶液的浓度可以根据实际情况的需要而灵活设定，例如，一个实施例中，第二分散溶液的浓度可以为0.04~ 0.08mg/ml（毫克/毫升）。

步骤14（步骤C）：对基片进行亲水处理。

本发明的实施例的方法中，可以提供基片，在该基片上形成所需要的复合纳米薄膜，然后从基片上剥离形成的复合纳米薄膜，获得独立的复合纳米薄膜产品。因此，步骤14中，提供基片，该基片可以是任何适合材质的基片。例如，一个实施例中，该基片为石英基片或者硅片。

提供了基片之后，为了促进后续复合纳米薄膜的形成，还可以对基片亲水处理，使得基片带上电荷。例如，一个实施例中，该亲水处理可以包括：将该基片置于亲水处理溶液中超声第一预定时间。这里，“超声”是指通过机械振动将大颗粒溶质变为小颗粒，以利于溶解。

本发明的实施例中，这里的亲水处理溶液可以是任何适合的溶液，只要经过其处理能够使基片带上需要的电荷即可。例如，一个实施例中，该亲水处理溶液可以是浓硫酸和双氧水的混合溶液或者氨水、双氧水和去离子水的混合溶液。亲水处理溶液的组成比例可以根据实际情况灵活设定。例如，一个实施例中，浓硫酸和双氧水的混合溶液中浓硫酸和双氧水的体积比可以是3:1。另一个实施例中，氨水、双氧水和去离子水的混合溶液中氨水、双氧水和去离子水的体积比可以是1:1:5。

本发明的实施例中，该第一预定时间可以根据实际情况的需要灵活设定。例如，一个实施例中，该第一预定时间可以是30分钟至1小时。

经过该亲水处理之后，该基片上即可以带有电荷，例如，可以带有负电荷。

本发明的实施例中，前述的步骤10、步骤12和步骤14的顺序没有要求，可以任意顺序或者同时进行。

步骤16（步骤D）：将基片浸入第二分散溶液中，形成聚乙烯醇薄膜。

在对基片进行亲水处理之后，即可使用第二分散溶液在基片上形成聚乙烯醇薄膜。在基片上形成聚乙烯醇薄膜的方法可以使用静电自组装法。即，采用静电自组装成膜装置，将进行了亲水处理后的基片浸入第二分散溶液中，然后以预定的速度从第二分散溶液中慢慢提拉出来，由于第二分散溶液中的聚乙烯醇粒子和基片之间的静电作用，使得聚乙烯醇粒子附着到基片上，从而在基片上形成一层聚乙烯醇薄膜。

图2为本发明一个实施例的静电自组装成膜装置的示意图，其中3为第一分散溶液，4为第二分散溶液，5为经过了亲水处理的基片，6为传动轴，7为机架。如图2所示，传动轴6夹持基片5，使基片5进入第二分散溶液4中，并以预定的速度将基片5慢慢提拉出第二分散溶液4。

本步骤中，将基片从第二分散溶液中提拉出来的提拉速度可以根据实际情况灵活确定。例如，一个实施例中，该提拉速度可以为5~16毫米/分钟。

步骤18（步骤E）：将基片浸入第一分散溶液中，形成有机纳米材料薄膜。

在步骤16中在基片上形成了聚乙烯醇薄膜之后，可以用与步骤16中的类似的静电自组装法在聚乙烯醇薄膜上形成有机纳米材料薄膜。即，类似地使用图2中的静电自组装成膜装置，将形成了聚乙烯醇薄膜的基片浸入第一分散溶液中，然后以预定的速度从第一分散溶液中慢慢提拉出来，由于第一分散溶液中的有机纳米材料粒子和基片之间的静电作用，使得有机纳米材料粒子附着到基片上已经形成的聚乙烯醇薄膜上，从而在聚乙烯醇薄膜上形成一层有机纳米材料薄膜。

例如，如图2所示，传动轴6夹持基片5，使基片5进入第一分散溶液3中，并以预定的速度将基片5慢慢提拉出第一分散溶液。

本步骤中，将基片从第一分散溶液中提拉出来的提拉速度可以根据实际情况灵活确定。例如，一个实施例中，该提拉速度可以为3~8毫米/分钟。

经过步骤18的处理，即可在基片上的聚乙烯醇薄膜上形成有机纳米材料薄膜，该聚乙烯醇薄膜和该有机纳米材料薄膜一起形成了一个复合膜层。也就是说，经过步骤16和步骤18，在基片上形成了一个复合膜层，该复合膜层包括聚乙烯醇薄膜和形成在聚乙烯醇薄膜上的有机纳米材料薄膜。

本发明的实施例中，经过步骤16和步骤18在基片上形成了复合膜层之后，对于该形成了复合膜层的基片，可以重复执行步骤16和步骤18至少一次，这样，类似地，可以在该复合膜层上形成至少一个另一层复合膜层，也就是说，在该复合膜层上另外再形成至少一个类似的复合膜层。基片上形成的多个复合膜层（即该复合膜层和该至少一个另一层复合膜层）即形成了复合纳米薄膜。

本发明的实施例中，形成的复合膜层的数量可以是任何数量，可以根据实际情况的需要设定。

步骤20：还原处理。

形成了所需要的层数的复合膜层（即复合纳米薄膜）之后，还可以包括还原处理步骤，即对形成的复合纳米薄膜进行还原处理。本发明的实施例中，该还原处理可以是将形成了复合纳米薄膜的基片置于第一温度下的肼蒸汽中第二预定时间。这样，使得复合纳米薄膜中的有机纳米材料被还原。

本发明的实施例中，该第一温度的值可以是任何适合的值，可以根据实际情况的需要而设定。例如，一个实施例中，该第一温度为95至100摄氏度。该第二预定时间也可以是任何适合的值，可以根据实际情况的需要设定。例如，一个实施例中，该第二预定时间可以是1～3小时。

步骤22：剥离复合纳米薄膜。

经过前述处理之后，即已经在基片上形成所需要的复合纳米薄膜。然后，从基片上剥离该复合纳米薄膜，即获得所需要的复合纳米薄膜产品。

例如，一个实施例中，一个具体的制造复合纳米薄膜的方法的实施例的详细步骤包括：

①将氧化石墨烯（GO）溶于超纯水中，氧化石墨烯的浓度为0.5~ 2mg/ml，形成分散良好的氧化石墨烯溶液；

②将聚乙烯醇溶于超纯水中并使溶液保持80~90摄氏度，溶液浓度为0.04～0.08g/ml；

③分别量取200ml的聚乙烯醇溶液和氧化石墨烯溶液倒入不同烧杯中； 

④采用静电自组装法以5~16毫米/分钟的提拉速度在进行了亲水处理后的基片上沉积聚乙烯醇薄膜；

⑤采用静电自组装法以3~8毫米/分钟的提拉速度在④所获得的聚乙烯醇薄膜上沉积氧化石墨烯薄膜； 

⑥在⑤所获得的薄膜上重复多次沉积氧化石墨烯薄膜和聚乙烯醇薄膜；

⑦将⑥所获得的薄膜在80~90摄氏度下烘干，然后将聚乙烯醇/氧化石墨烯复合薄膜置于肼蒸汽中，并保持在95~100摄氏度1小时,得到聚乙烯醇/还原氧化石墨烯(rGO)复合薄膜；

⑧将⑦获得的薄膜从基片上剥离，形成独立的薄膜。

相应地，由前文中的描述可知，根据本发明的前述实施例的方法制造的复合纳米薄膜包括相互层叠的至少两层复合膜层，其中每层复合膜层包括聚乙烯醇薄膜和形成在该聚乙烯醇薄膜上的有机纳米材料薄膜。

本发明的实施例中，使用有机纳米材料与聚乙烯醇形成复合纳米薄膜，形成的复合纳米薄膜具有良好的耐水性。该有机纳米材料在溶剂中具有良好的分散性，在静电自组装仪器的控制下具有较好的成膜性能，能够获得高密度、均匀一致的复合薄膜材料，并且可以实现大面积成膜。复合纳米材料薄膜的厚度可以通过沉积不同的有机纳米材料薄膜及聚乙烯醇薄膜的层数来进行调控。

本发明实施例的方法制备的复合纳米材料薄膜，可以实现薄膜的良好耐水性 、高机械强度和一定的电导率。该薄膜可以从基片上剥离形成独立的膜，满足人们不同的需求。并且制备方法合理简单，易于操作。

以上通过具体的实施例对本发明进行了说明，但本发明并不限于这些具体的实施例。本领域技术人员应该明白，还可以对本发明做各种修改、等同替换、变化等等，这些变换只要未背离本发明的精神，都应在本发明的保护范围之内。此外，以上多处所述的“一个实施例”表示不同的实施例，当然也可以将其全部或部分结合在一个实施例中。