[发明专利]一种超亲水薄膜的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种超亲水薄膜的制备方法，尤其涉及一种微纳球自组装形成的超亲水薄膜，属于膜技术领域。

背景技术

表面润湿性是固体表面重要的物理化学性质，通过液体的静态或者动态接触角来衡量。近年来，超亲水表面作为一种非常特殊的现象受到了人们的广泛关注。超亲水性表面是指与水的接触角＜5°的表面，其性能优异、应用广泛，可以自清洁、防雾、提高表面热交换效率等。超亲水表面的形成一般有两种方法，其作用机理各不相同。第一种是利用光催化物质，使其受紫外光或可见光的辐射影响后具有超亲水的性能；第二种方法是通过对物质表面化学和几何微纳结构的改造，可以使材料具有超亲水性能。超亲水表面的制备方法主要包括溶胶-凝胶法、微等离子体氧化法、液相沉积法、化学气相沉积法和、磁控溅射法和自组装技术等。目前超亲水表面的研究主要是基于TiO₂光致超亲水薄膜的研究，但是TiO₂薄膜现有的性能还远远不能满足社会应用的需求，如初始接触角较大、光谱响应范围较小、超亲水性不持久等严重制约了TiO₂薄膜的应用。

发明内容

本发明的目的是提供一种微纳球自组装超亲水薄膜的制备方法，特别是利用微纳粒子自组装调控表面性质的方法。

本发明的超亲水薄膜的制备方法，包括以下步骤：

(1)将微米粒子在超声状态下加入到聚阳离子溶液中，孵化、离心，形成表面荷正电的微米粒子包络体；

(2)将步骤(1)中制备的表面荷正电的微米粒子包络体溶液在超声状态下加入到聚阴离子溶液中，孵化、离心，形成表面荷负电的微米粒子包络体；

(3)依次重复步骤(1)和(2)，其中步骤(1)为N+1次，步骤(2)为N次，可得表面荷正电的微米粒子包络体溶液；步骤(1)M次，步骤(2)M次，可得表面荷负电的微米粒子包络体溶液；

(4)将纳米粒子在超声状态下加入到聚阳或阴离子溶液中，超声、离心，离心后将上清液换成与上清液等体积去离子水；重复1～10次，制得聚阳或阴离子纳米粒子包络体溶液；

(5)超声状态下，将步骤(4)聚阳(或阴离子)纳米粒子包络体溶液加入到步骤(3)表面荷相反电荷的负电(或荷正电)的微米粒子包络体溶液中，孵化、离心，形成表面荷负电(或荷正电)类覆盆子粒子；

在上述溶液配制步骤后，进一步按照下列步骤在基片上继续组装：

(6)将预处理后荷负电的基片置于表面荷正电的微米粒子包络体(或表面荷正电的类覆盆子粒子)溶液中，使表面荷正电的微米粒子包络体(或表面荷正电的类覆盆子粒子)组装在基片表面，形成薄膜层，将基片取出烘干；

(7)将步骤(6)中的基片置于表面荷负电类覆盆子粒子(或表面荷负电的微米粒子包络体)溶液中，使类覆盆子粒子与带相反电荷的微米粒子包络体通过静电吸附组装，形成薄膜，将基片取出烘干；

(8)重复步骤(6)、(7)N次，即可得到超亲水薄膜。

或者按照下述步骤进行组装：

(9)将预处理后荷负电的基片置于表面荷正电的类覆盆子粒子溶液中，使表面荷正电的类覆盆子粒子组装在基片表面，将基片取出烘干；

(10)将步骤(9)中的基片置于表面荷负电类覆盆子粒子溶液中进行组装，将基片取出烘干；

(11)重复步骤(9)、(10)N次，也可得到超亲水薄膜。

其中，步骤(1)、(2)、(4)所述的聚阳离子优选自聚乙烯亚胺、聚二烯丙基二甲基氯化铵、聚烯丙基胺盐酸盐、聚四乙烯基吡啶；聚阴离子材料选自聚丙烯酸、聚苯乙烯磺酸钠、磺化聚砜。

步骤(4)所述的纳米粒子为二氧化锆、二氧化钛、三氧化二铝、二氧化硅、碳酸锰、碳酸钙、硫酸钡，粒径为1～100纳米。

步骤(1)所述的微米粒子为二氧化硅、碳酸锰、碳酸钙、硫酸钡、二氧化钛、三氧化二铝，粒径为1～5微米。

步骤(6)所述的基片为硬质基底，可以是石英玻璃、单晶硅、氟化钙。

本方法是基于自组装技术的薄膜制备工艺，先分别将微米粒子和无机纳米粒子直接加入到荷电的聚电解质溶液中，利用多次超声和离心操作制得聚合物包络体粒子，再将纳米粒子包络体溶液加入到微米粒子包络体溶液中，利用多次超声和离心操作制得类覆盆子粒子，最后利用层层静电吸附将微米粒子和类覆盆子粒子组装在基片上。本发明采用静电自组装技术，利用微纳粒子进行自组装，制备超亲水薄膜。其优点是成膜物质丰富，制备方法简单，且能通过粒子的荷电性质变化实现多层组装，从而灵活调变薄膜的界面性质。

附图说明