[发明专利]纳米薄膜的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种纳米薄膜的制备方法，具体涉及一种采用纺丝装置制备纳米薄膜的方法。

背景技术

纳米薄膜是指由尺寸为纳米量级的颗粒（晶粒）构成的薄膜或者层厚纳米量级的单层或多层薄膜，通常也称作纳米颗粒薄膜和纳米多层薄膜。

纳米薄膜分类方法有多种。按用途划分，纳米薄膜可分为纳米功能薄膜和纳米结构薄膜。纳米功能薄膜是利用纳米粒子所具有的力、电、光、磁等方面的特性，通过复合制作出同基体功能截然不同的薄膜；而纳米结构薄膜则是通过纳米粒子复合，对材料进行改性，是以提高材料机械性能为主要目的的薄膜。按层数划分，可分为纳米（单层）薄膜和纳米多层薄膜。其中，纳米多层薄膜包括“超晶格”薄膜，它一般是由几种材料交替沉积而形成的结构交替变化的薄膜。各层厚度均为纳米级。组成纳米单层薄膜和纳米多层薄膜的材料可以是金属、半导体、绝缘体、有机高分子，也可以是它们的多种组合，如金属—半导体、金属—绝缘体、半导体—绝缘体、半导体—高分子材料等，而每一种组合都可衍生出纵多类型的复合薄膜。目前对纳米薄膜的研究多数集中在纳米复合薄膜，这是一类具有广泛应用前景的纳米材料。当然，也可以按照薄膜的成分分类，包括金属薄膜、金属化合物薄膜、金属混合物薄膜、半导体薄膜、氧化物薄膜、无机薄膜、有机薄膜和复合薄膜。按照薄膜材料结构分类，可以分为单层薄膜、多层薄膜和纳米薄膜。按照薄膜材料功能分类，可以分为力学功能薄膜、热学功能薄膜、电学功能薄膜、光学功能薄膜、光电功能薄膜、磁学功能薄膜、电磁功能薄膜、声学功能薄膜和分子功能薄膜。

纳米薄膜具有多种用途，如可以改善一些机械零部件的表面性能，以减少振动，降低噪声，减小摩擦，延长寿命。这些薄膜在刀具、微机械、微电子领域作为耐磨、耐腐蚀涂层及其它功能涂层获得重要应用。目前，科研人员已从单一材料的纳米薄膜转向纳米复合薄膜的研究，薄膜的厚度也由数微米发展到数纳米的超薄膜。

发明内容

本发明的目的是一种采用静电纺丝装置制备纳米薄膜的方法，获得超薄纳米薄膜，薄膜厚度可达到数纳米，具有广泛的应用价值。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种纳米薄膜的制备方法，包括步骤：

S1：制备聚乙烯醇的水溶液；所述聚乙烯醇的浓度为8～20wg%；

S2：将碳材料纳米颗粒溶解于聚乙烯醇的水溶液中获得碳材料纳米颗粒与聚乙烯醇的混合溶液；所述碳材料纳米颗粒的浓度为0～20wg%；

S3：应用纺丝装置将所述混合溶液喷射到接收装置上获得所述纳米薄膜。

作为一种优选的方案，所述纺丝装置为气泡静电纺丝装置；所述纺丝装置为气泡静电纺丝装置；所述气泡静电纺丝装置包括贮液池、高压静电发生器、气泵、喷头、接收装置、导气管、金属电极和接地电极；所述贮液池的上端开口，底面设有垂直向上的喷头，喷头通过导气管与气泵相连，导气管与气泵相连处高于贮液池的液面，贮液池通过金属电极与高压静电发生器相连，贮液池正上方设有接收装置，所述接收板与接地电极相连；其中，接收装置可以为接收板或滚筒。

该方法具体包括以下步骤：

（1）、将聚乙烯醇与蒸馏水的混合物在80℃～90℃的温度下水浴加热，使聚乙烯醇溶解于水中获得聚乙烯醇的水溶液；

（2）、将碳材料纳米颗粒加入聚乙烯醇的水溶液中，超声振荡使碳材料纳米颗粒溶解于聚乙烯醇的水溶液中获得碳材料纳米颗粒与聚乙烯醇的混合溶液；

（3）、将所述碳材料纳米颗粒与聚乙烯醇的混合溶液注入气泡静电纺丝装置的贮液池；

（4）、打开气泡静电纺丝装置的气泵，先将导气管中的液体排出，然后加大气压使液面出现规律的气泡状凸起；所述气泵输出的气流的流速范围是0～100m/s；

（5）、打开气泡静电纺丝装置的高压静电发生器，使贮液池的液面与接收装置之间形成电场；所述高压静电发生器输出的电压范围是1V～100KV；

（6）调节接收装置与贮液池的液面的距离，距离范围是0.1cm～100cm；在电场力的作用下，贮液池液面的气泡顶端形成射流射向接收装置，在接收装置上形成纳米薄膜。

作为一种优选的方案，所述碳材料纳米颗粒为石墨；在石墨与聚乙烯醇的混合溶液中，石墨的浓度为0.5wg%。

在另一优选方案中，所述纺丝装置为针头式静电纺丝装置。

在另一优选方案中，所述纺丝装置为热空气涡流式气泡纺丝装置；进一步的，所述热空气涡流式气泡纺丝装置还可以连接有高压静电发生器，采用电场力与涡流共同作用制备所述纳米薄膜。