《一种多级蜂窝状微孔聚合物薄膜自组装成形的方法.pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《一种多级蜂窝状微孔聚合物薄膜自组装成形的方法.pdf（14页珍藏版）》请在专利查询网上搜索。
1、10申请公布号CN104211981A43申请公布日20141217CN104211981A21申请号201410461188X22申请日20140911C08J9/28200601C08J5/18200601C08L71/12200601C08L23/06200601C08L25/0620060171申请人北京航空航天大学地址100191北京市海淀区学院路37号72发明人陈华伟张德远张鹏飞张力文74专利代理机构北京慧泉知识产权代理有限公司11232代理人王顺荣唐爱华54发明名称一种多级蜂窝状微孔聚合物薄膜自组装成形的方法57摘要本发明一种多级蜂窝状微孔聚合物薄膜自组装成形的方法，它有三大步骤。
2、一、基板的预处理；二、聚合物溶液的配制；三、蜂窝状微孔薄膜的成形。该方法使用超声雾化微液滴取代传统的高湿度水蒸气，利用微液滴在聚合物易挥发溶液表面上的自组装，成形出规整蜂窝状微孔聚合物薄膜。喷射雾化微液滴是动态可控的，增加了成形过程中的操作灵活性；采用两次喷射微液滴可制备出二级蜂窝状微孔薄膜；大量的微液滴供应也使得大面积的蜂窝状微孔薄膜成形成为可能。本发明制备的一级微孔薄膜的微孔孔径为1M10M；二级微孔薄膜具有的大孔孔径为1M10M，小孔孔径为02M09M；制备的最大面积微孔薄膜可达100CM2以上。51INTCL权利要求书1页说明书6页附图6页19中华人民共和国国家知识产权局12发明专利申。
3、请权利要求书1页说明书6页附图6页10申请公布号CN104211981ACN104211981A1/1页21一种多级蜂窝状微孔聚合物薄膜自组装成形的方法，其特征在于该方法具体步骤如下步骤一基板的预处理A剪取方形或圆形的基板，面积4CM2200CM2；B使用去污粉清洗基板，再用去离子水冲洗干净，放入玻璃容器内，向玻璃容器中加入200ML1000ML的去离子水，然后将玻璃容器放置在超声清洗机中，在功率700W1000W、工作频率25KHZ40KHZ的条件下超声清洗10MIN20MIN后得到第一预处理基板；C将第一预处理基板放入另一玻璃容器内，加入200ML1000ML质量百分比浓度为95的无水乙醇。
4、，然后将玻璃容器放置在超声清洗机中，在功率700W1000W、工作频率25KHZ40KHZ的条件下超声清洗10MIN20MIN后得到第二预处理基板；D将第二预处理基板在温度80120环境中干燥1030MIN后取出，既得清洁基板；步骤二聚合物溶液的配制A用精密天平秤取02G1G聚合物粉体，加入到玻璃容器中；B用量筒量取100ML500ML的不溶于水易挥发的溶剂，然后倒入到玻璃容器中，使用玻璃棒搅匀，使聚合物粉体完全溶解，既得聚合物溶液；配得的聚合物溶液浓度应在2G/L到8G/L范围内；步骤三蜂窝状微孔薄膜的成形A将清洁基板放在水平桌面上，然后将05ML5ML的聚合物溶液滴加到清洁基板上；溶液量与。
5、清洁基板尺寸的对应关系应满足溶液自然铺展后，完全盖住清洁基板，且不能在基板边缘溢出；B使用振荡频率15MHZ3MHZ的超声波加湿器超声雾化微液滴，使用内径是2CM5CM的橡皮管将微液滴气流引到基板正中心上方，流量是15ML/S30ML/S，并通过喷嘴口喷出，将喷嘴口垂直向下置于基板中心上方3CM8CM处；C喷嘴口在溶液上方喷射时间是15S30S，之后移走喷嘴口，待到溶剂和微液滴完全挥发，成形出单级蜂窝状微孔薄膜；在移走喷嘴口后40S100S时重复步骤三中B的操作，喷嘴口在溶液上方喷射时间同样为15S30S，之后移走喷嘴口，待到溶剂和微液滴完全挥发，成形出二级蜂窝状微孔薄膜。2根据权利要求1所述。
6、的一种多级蜂窝状微孔聚合物薄膜自组装成形的方法，其特征在于步骤一A中选用的基板的材质是玻璃、硅片、聚氯乙烯中的一种。3根据权利要求1所述的一种多级蜂窝状微孔聚合物薄膜自组装成形的方法，其特征在于步骤二A中选用的聚合物粉体的聚合物是聚苯醚、聚乙烯、聚苯乙烯中的一种。4根据权利要求1所述的一种多级蜂窝状微孔聚合物薄膜自组装成形的方法，其特征在于步骤二B中选用的不溶于水易挥发的溶剂是二硫化碳、氯仿、四氢呋喃、三氯甲烷、苯中的一种。5根据权利要求1所述的一种多级蜂窝状微孔聚合物薄膜自组装成形的方法，其特征在于步骤三C中成形出的单级蜂窝状微孔薄膜孔径尺寸为1M10M，二级蜂窝状微孔薄膜中一级大孔孔径尺寸。
7、为1M10M，二级小孔孔径尺寸为02M09M。权利要求书CN104211981A1/6页3一种多级蜂窝状微孔聚合物薄膜自组装成形的方法技术领域0001本发明涉及一种多级蜂窝状微孔聚合物薄膜自组装成形的方法，更特别地说，是一种在不溶于水的聚合物溶液表面上喷射超声雾化微液滴，微液滴在溶液表面上自组装图案化，微液滴和溶剂完全挥发后成形出多级蜂窝状微孔薄膜的方法。属于功能材料技术领域。背景技术0002蜂窝状微孔薄膜是具有规则排列的微纳米级多孔结构的薄膜。由于这种薄膜具有规则密排孔结构，且孔结构尺度处于微米或纳米尺度，因而其在光学、组织工程、滤膜、催化、超疏水表面等领域有广泛的应用前景。0003目前，制。
8、备这种薄膜的主要方法有光刻法、模板压印法和水辅助自组装法等。其中，光刻法有掩膜的制作、光刻显影、刻蚀等步骤，过程繁琐，每步工艺要求高，花费高，效率低；模板压印法需要使用与微孔结构对应的微凸起阵列，这种密排微凸起阵列的制备同样过程复杂、时间和花费需求高。而水辅助自组装法是一种简单高效、省时省力的制备蜂窝状微孔薄膜的方法，受到了广泛的关注。0004在传统水辅助自组装法中，首先将微孔薄膜材质溶解在不溶于水的易挥发溶剂里得到溶液，然后将溶液滴加到放置于一定湿度环境里的基板上，溶剂的快速挥发引起水蒸气凝结成微液滴，并落在溶液上，在马格尼对流和液滴间毛细力双重作用下，微液滴自组装成六边形规则密排，当微液滴。
9、和溶剂完全挥发后，溶液中的溶质就成形为具有蜂窝状微孔结构的薄膜。虽然能快速高效成形出微孔薄膜，但这种方法仍有很多局限性，比如需要在一个相对高湿度的环境里进行，相对稳定的湿度环境使得成形过程难以动态调控；传统水辅助法只能成形单级微孔薄膜；一定环境下水蒸气凝结成的液滴量是有限的，导致成形的微孔膜面积偏小。为了增强这种方法及其所成形薄膜的实用性，解决这些问题显得尤为重要。发明内容00051、目的本发明目的是提出一种多级蜂窝状微孔聚合物薄膜自组装成形的方法，该方法利用喷射超声雾化的微液滴取代传统的湿度环境，在成形出蜂窝状微孔薄膜的同时可实现对过程的动态调控，可成形出多级微孔薄膜；更多的水供应量也使得大。
10、面积的蜂窝状微孔薄膜成形成为可能。00062、技术方案本发明一种多级蜂窝状微孔聚合物薄膜自组装成形的方法，该方法的具体步骤如下0007步骤一基板的预处理0008A剪取方形或圆形的基板，面积4CM2200CM2；0009B使用去污粉清洗基板，再用去离子水冲洗干净，放入玻璃容器内，向玻璃容器中加入200ML1000ML的去离子水，然后将玻璃容器放置在超声清洗机中，在功率700W说明书CN104211981A2/6页41000W、工作频率25KHZ40KHZ的条件下超声清洗10MIN20MIN后得到第一预处理基板；0010C将第一预处理基板放入另一玻璃容器内，加入200ML1000ML质量百分比浓度。
11、为95的无水乙醇，然后将玻璃容器放置在超声清洗机中，在功率700W1000W、工作频率25KHZ40KHZ的条件下超声清洗10MIN20MIN后得到第二预处理基板；0011D将第二预处理基板在温度80120环境中干燥1030MIN后取出，既得清洁基板。0012步骤二聚合物溶液的配制0013A用精密天平秤取02G1G聚合物粉体，加入到玻璃容器中；0014B用量筒量取100ML500ML的不溶于水易挥发的溶剂，然后倒入到玻璃容器中，使用玻璃棒搅匀，使聚合物粉体完全溶解，既得聚合物溶液。0015浓度要求配得的聚合物溶液浓度应在2G/L到8G/L范围内。0016步骤三蜂窝状微孔薄膜的成形0017A将清。
12、洁基板放在水平桌面上，然后将05ML5ML的聚合物溶液滴加到清洁基板上；溶液量与清洁基板尺寸的对应关系应满足溶液自然铺展后，完全盖住清洁基板，且不能在基板边缘溢出；0018B使用振荡频率15MHZ3MHZ的超声波加湿器超声雾化微液滴，使用内径是2CM5CM的橡皮管将微液滴气流引到基板正中心上方，流量是15ML/S30ML/S，并通过喷嘴口喷出，将喷嘴口垂直向下置于基板中心上方3CM8CM处；0019C喷嘴口在溶液上方喷射时间是15S30S，之后移走喷嘴口，待到溶剂和微液滴完全挥发，可成形出单级蜂窝状微孔薄膜；在移走喷嘴口后40S100S时重复步骤三中B的操作，喷嘴口在溶液上方喷射时间同样为15。
13、S30S，之后移走喷嘴口，待到溶剂和微液滴完全挥发，可成形出二级蜂窝状微孔薄膜。0020其中，步骤一A中选用的基板的材质可以是玻璃、硅片、聚氯乙烯中的一种。0021其中，步骤二A中选用的聚合物粉体的聚合物可以是聚苯醚、聚乙烯、聚苯乙烯中的一种。0022其中，步骤二B中选用的不溶于水易挥发的溶剂可以是二硫化碳、氯仿、四氢呋喃、三氯甲烷、苯中的一种。0023其中，步骤三C中可成形出的单级蜂窝状微孔薄膜孔径尺寸为1M10M，二级蜂窝状微孔薄膜中一级大孔孔径尺寸为1M10M，二级小孔孔径尺寸为02M09M。00243、优点及功效本发明一种多级蜂窝状微孔聚合物薄膜自组装成形的方法，其优点在于00251使。
14、用超声雾化微液滴取代传统的水蒸气直接为成形过程提供微液滴模板，操作方便，避免了传统方法中繁琐的环境湿度控制过程；00262直接使用喷嘴喷射雾化微液滴，过程是动态可控的，增加了实验操作的灵活性；00273调控喷射时间和喷射流量，可以制备不同孔径的微孔薄膜；00284采用两次喷射雾化微液滴的方法可以制备二级微孔薄膜；说明书CN104211981A3/6页500295采用超声波雾化器的雾化微液滴大大增加了微液滴供应量，可以制备出大面积的微孔薄膜。附图说明0030图1是本发明的实施图。0031图2是实施例1得到的单级蜂窝状微孔薄膜表面形貌扫描电子显微镜照片。0032图2A是图2的局部放大图。0033图。
15、3是实施例2得到的二级蜂窝状微孔薄膜表面形貌扫描电子显微镜照片。0034图3A是图3的局部放大图。0035图4是实施例3得到的大面积单级蜂窝状微孔薄膜表面形貌扫描电子显微镜照片。0036图4A是图4的局部放大图。0037图5是本发明流程框图。0038元件符号说明如下003911超声波加湿器12基板004013聚合物溶液14橡皮管004115雾化微液滴具体实施方式0042下面将结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。0043本发明是一种蜂窝状微孔聚合物薄膜自组装成形的方法，该方法使用超声雾化微液滴取代传统的高湿度水蒸气，在聚合物溶液正中心上方喷射雾化微液滴，动态可控的喷射过程使得成形孔径尺寸。
16、易于控制，采用二次喷射的方法可制备二级微孔薄膜，充足的水量使得大面积微孔薄膜成形成为可能。0044见图5，本发明是一种蜂窝状微孔聚合物薄膜自组装成形的方法，该方法包括下列步骤0045步骤一基板的预处理0046A剪去方形或圆形的基板，面积4CM2200CM2；0047B使用去污粉清洗基板，再用去离子水冲洗干净，放入玻璃容器内，向玻璃容器中加入200ML1000ML的去离子水，然后将玻璃容器放置在超声清洗机中，在功率700W1000W、工作频率25KHZ40KHZ的条件下超声清洗10MIN20MIN后得到第一预处理基板；0048C将第一预处理基板放入另一玻璃容器内，加入200ML1000ML质量百。
17、分比浓度为95的无水乙醇，然后将玻璃容器放置在超声清洗机中，在功率700W1000W、工作频率25KHZ40KHZ的条件下超声清洗10MIN20MIN后得到第二预处理基板；0049D将第二预处理基板在温度80120环境中干燥1030MIN后取出，既得清洁基板。0050步骤二聚合物溶液的配制0051A用精密天平秤取02G1G聚合物粉体，加入到玻璃容器中；说明书CN104211981A4/6页60052B用量筒量取100ML500ML的不溶于水易挥发的溶剂，然后倒入到玻璃容器中，使用玻璃棒搅匀，使聚合物粉体完全溶解，既得聚合物溶液。0053浓度要求配得的聚合物溶液浓度应在2G/L到8G/L范围内。。
18、0054步骤三蜂窝状微孔薄膜的成形参见图1所示0055A将清洁基板放在水平桌面上，然后将05ML5ML的聚合物溶液滴加到清洁基板上；溶液量与清洁基板的对应关系应满足溶液自然铺展后，完全盖住清洁基板，不能在基板边缘溢出；0056B使用振荡频率15MHZ3MHZ的超声波加湿器超声雾化微液滴，使用内径是2CM5CM的橡皮管将微液滴气流引到基板上方，流量是15ML/S30ML/S，并通过喷嘴口喷出，将喷嘴口垂直向下置于基板中心上方3CM8CM处；0057C喷嘴口在溶液上方喷射时间是15S30S，之后移走喷嘴口，待到溶剂和微液滴完全挥发，可成形出单级蜂窝状微孔薄膜；在移走喷嘴口后40S100S时重复步骤。
19、三中B的操作，喷嘴口在溶液上方喷射时间同样为15S30S，之后移走喷嘴口，待到溶剂和微液滴完全挥发，可成形出二级蜂窝状微孔薄膜。0058实施例1单级蜂窝状微孔薄膜的自组装成形0059步骤一基板的预处理0060A选用方形玻璃片，面积9CM2；0061B使用去污粉清洗玻璃片，再用去离子水冲洗干净，放入玻璃容器内，向玻璃容器中加入200ML的去离子水，然后将玻璃容器放置在超声清洗机中，在功率800W、工作频率25KHZ的条件下超声清洗10MIN后得到第一预处理玻璃片；0062C将第一预处理玻璃片放入另一玻璃容器内，加入200ML质量百分比浓度为95的无水乙醇，然后将玻璃容器放置在超声清洗机中，在功率。
20、800W、工作频率25KHZ的条件下超声清洗10MIN后得到第二预处理玻璃片；0063D将第二预处理玻璃片在温度120环境中干燥10后取出，既得清洁玻璃片。0064步骤二聚合物溶液的配制0065A用精密天平秤取02G聚苯醚粉体，加入到玻璃容器中；0066B用量筒量取100ML的二硫化碳溶剂，然后倒入到玻璃容器中，使用玻璃棒搅匀，使聚苯醚粉体完全溶解，既得浓度为2G/L的聚苯醚的二硫化碳溶液。0067步骤三蜂窝状微孔薄膜的成形参见图1所示0068A将清洁玻璃片放在水平桌面上，然后在其上滴加05ML的聚合物溶液；0069B使用振荡频率17MHZ的超声波加湿器超声雾化微液滴，使用内径是2CM的橡皮管。
21、将微液滴气流引到基板上方，流量是20ML/S，并通过喷嘴口喷出，将喷嘴口垂直向下置于基板中心上方5CM处；0070C喷嘴口在溶液上方喷射时间是20S，之后移走喷嘴口，待到溶剂和微液滴完全挥发，可成形出单级蜂窝状微孔薄膜其形貌如图2所示。在图2A可以看到，规则排列的微孔结构的孔径为387M。0071实施例2二级蜂窝状微孔薄膜的自组装成形0072步骤一基板的预处理0073A选用方形玻璃片，面积9CM2；说明书CN104211981A5/6页70074B使用去污粉清洗玻璃片，再用去离子水冲洗干净，放入玻璃容器内，向玻璃容器中加入200ML的去离子水，然后将玻璃容器放置在超声清洗机中，在功率800W、。
22、工作频率25KHZ的条件下超声清洗10MIN后得到第一预处理玻璃片；0075C将第一预处理玻璃片放入另一玻璃容器内，加入200ML质量百分比浓度为95的无水乙醇，然后将玻璃容器放置在超声清洗机中，在功率800W、工作频率25KHZ的条件下超声清洗10MIN后得到第二预处理玻璃片；0076D将第二预处理玻璃片在温度120环境中干燥10后取出，既得清洁玻璃片。0077步骤二聚合物溶液的配制0078A用精密天平秤取02G聚苯醚粉体，加入到玻璃容器中；0079B用量筒量取100ML的二硫化碳溶剂，然后倒入到玻璃容器中，使用玻璃棒搅匀，使聚苯醚粉体完全溶解，既得浓度为2G/L的聚苯醚的二硫化碳溶液。00。
23、80步骤三蜂窝状微孔薄膜的成形参见图1所示0081A将清洁玻璃片放在水平桌面上，然后在其上滴加05ML的聚合物溶液；0082B使用振荡频率17MHZ的超声波加湿器超声雾化微液滴，使用内径是2CM的橡皮管将微液滴气流引到基板上方，流量是20ML/S，并通过喷嘴口喷出，将喷嘴口垂直向下置于基板中心上方5CM处；0083C喷嘴口在溶液上方喷射时间是20S，之后移走喷嘴口，在喷嘴口移走80S后再次将喷嘴口移至基板中心上方5CM处，再次喷射20S，然后将喷嘴口移走，待到溶剂和微液滴完全挥发，可成形出二级蜂窝状微孔薄膜其形貌如图3所示。在图3A可以看到，规则排列的微孔结构的大孔孔径为409M，大孔周围环绕。
24、的小孔孔径为040M085M。0084实施例3大面积蜂窝状微孔薄膜的自组装成形0085步骤一基板的预处理0086A选用圆形玻璃片，直径是10CM，面积是785CM2；0087B使用去污粉清洗玻璃片，再用去离子水冲洗干净，放入玻璃容器内，向玻璃容器中加入500ML的去离子水，然后将玻璃容器放置在超声清洗机中，在功率800W、工作频率25KHZ的条件下超声清洗20MIN后得到第一预处理玻璃片；0088C将第一预处理玻璃片放入另一玻璃容器内，加入500ML质量百分比浓度为95的无水乙醇，然后将玻璃容器放置在超声清洗机中，在功率800W、工作频率25KHZ的条件下超声清洗20MIN后得到第二预处理玻璃。
25、片；0089D将第二预处理玻璃片在温度120环境中干燥20MIN后取出，既得清洁玻璃片。0090步骤二聚合物溶液的配制0091A用精密天平秤取1G聚苯醚粉体，加入到玻璃容器中；0092B用量筒量取500ML的二硫化碳溶剂，然后倒入到玻璃容器中，使用玻璃棒搅匀，使聚苯醚粉体完全溶解，既得浓度为2G/L的聚苯醚的二硫化碳溶液。0093步骤三蜂窝状微孔薄膜的成形参见图1所示0094A将清洁玻璃片放在水平桌面上，然后在其上滴加4ML的聚合物溶液；0095B使用振荡频率17MHZ的超声波加湿器超声雾化微液滴，使用内径是5CM的橡皮管将微液滴气流引到基板上方，流量是20ML/S，并通过喷嘴口喷出，将喷嘴口。
26、垂直向下置说明书CN104211981A6/6页8于基板中心上方5CM处；0096C喷嘴口在溶液上方喷射时间是30S，之后移走喷嘴口，待到溶剂和微液滴完全挥发，可成形出单级蜂窝状微孔薄膜其形貌如图4所示。在图4A可以看到，规则排列的微孔结构的孔径为368M。说明书CN104211981A1/6页9图1图2说明书附图CN104211981A2/6页10图2A说明书附图CN104211981A103/6页11图3说明书附图CN104211981A114/6页12图3A说明书附图CN104211981A125/6页13图4说明书附图CN104211981A136/6页14图4A图5说明书附图CN104211981A14。