[发明专利]在多孔基板表面涂覆溶胶－凝胶薄膜的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种无机非金属材料技术领域的薄膜制备方法，具体是一种在多孔基板表面涂覆溶胶-凝胶薄膜的方法。

背景技术

软化学溶胶-凝胶方法，工艺简单且制造成本低，因而已经成为制备无机及无机/有机复合薄膜有效的工艺手段，该方法制备的薄膜可应用于气体及液体过滤以及燃料电池电解质。溶胶-凝胶薄膜必须支撑于多孔基板上，才能实现气、液分离及其它特殊功能。作为多孔支撑基板，有分相腐蚀法制备的纳米孔玻璃板、烧结多孔陶瓷基板、多孔硅片、径迹蚀刻有机基板以及阳极氧化Al₂O₃多孔基板等作为备选。溶胶-凝胶薄膜的超薄性质决定了其难以自支撑于多孔基板上，通常在制备过程中溶胶液体会渗入孔中，无法在多孔基板表面形成均匀薄膜，而且填入孔中的凝胶阻塞过滤气体或液体的流动，降低流速，导致分离效率极大地降低。为解决这个问题，不得不采用多层过渡层涂覆的方法，即在具有较大孔尺寸的基板上涂覆数微米厚过渡层，逐步减小过渡层孔尺寸，最后涂覆超薄纳米孔膜。该方法也同样增加了过滤层厚度，降低滤液和过滤气体的流速，并降低分离效率，而且，过渡层涂覆增加了工序，提高了成本和工艺复杂度。由上面分析可知，溶胶渗入是多孔基板表面涂覆溶胶-凝胶薄膜的一个关键技术难题。

经对现有技术文献检索发现，Kim等人在《Advanced Materials》(先进材料)(2002年第15期第1078页)上发表“Preparation of continuous mesoporoussilica thin film on a porous tube”(在多孔管上连续介孔SiO₂薄膜的制备)，该文献提出了在多孔Al₂O₃基板上涂覆SiO₂薄膜的方法。他们首先用水溶性聚乙烯醇(PVA)作为填孔剂，涂覆填充多孔支撑体。然后涂覆SiO₂薄膜，PVA层阻挡SiO₂溶胶液体渗入多孔支撑体中，在多孔基板表面形成SiO₂膜层。最后，通过烧结处理，填充体PVA层热分解而被去除。检索中还发现，黄建国等人在“薄膜材料およびその製造方法”(薄膜材料及其制造方法)专利文献(特開2004-352568)中，采用高分子化合物堵塞多孔基板的孔，形成中间层有机薄膜，随后在表面涂覆TiO₂或SiO₂薄膜，最后采用氧等离子处理、烧结热处理等方法去除高分子化合物及有机中间层。以上方法对于在多孔支撑体上涂覆无机薄膜显示出一定的效果。但是，必须经过烧结或等离子处理等后期处理工序去除作为支撑体的有机层，该工序容易破坏无机薄膜，并使无机薄膜产生裂纹等缺陷。而且，多孔基板中填充有机物，之后再采取后期处理方法去除有机支撑层，增加了工艺步骤，提高了工艺复杂度，并由此增加了成本。

发明内容

本发明针对现有技术中的不足，提供一种在多孔基板表面涂覆溶胶-凝胶薄膜的方法，不使用有机物填充阻塞多孔基板的孔，而是采用单面密封多孔基板方法，能够直接在多孔基板表面涂覆液体溶胶，保证无渗漏地在多孔基板表面形成均匀无机或无机/有机膜层，从而解决了现有技术中的问题。

本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括如下步骤：

步骤1：将多孔基板置于支撑垫板上；

所述多孔基板为阳极氧化Al₂O₃、多孔硅、纳米孔玻璃、径迹蚀刻有机基板等中一种。

所述支撑垫板为Si片、玻璃片、塑料板、金属板等中一种，优选Si片和玻璃片，最佳是Si片。

步骤2：用密封材料将多孔基板周边或多孔基板底部与垫板连接并密封，只暴露多孔基板的单面；

所述密封材料，是指硅胶、有机塑料、石蜡、环氧树脂等密封材料。

步骤3：通过单面密封多孔基板，并暴露多孔基板另一面，在多孔基板暴露面涂覆溶胶，使基板孔中的空气受到压缩，而形成气垫，阻止溶胶液体流入孔内部，从而在基板表面形成均匀溶胶-凝胶薄膜；

所述在多孔基板暴露面涂覆溶胶，其方法为以下两种中任一种：

A.旋转涂膜：将封有多孔基板的垫板置于旋转涂膜机上，未密封的暴露面向上，然后将无机或无机/有机复合溶胶液滴于多孔基板暴露面的表面，启动旋转涂膜机，使旋转涂膜机速度达到100转-10000转/分钟，并保持5秒-10分钟；优选条件是1000转-6000转/分钟，保持30秒-3分钟；最佳的条件是3000转/分钟，保持1分钟。形成支撑于多孔基板上的无机或无机/有机复合凝胶薄膜结构。