[发明专利]一种图案化电致变色聚苯胺薄膜的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于薄膜制备技术领域，具体是涉及一种图案化电致变色聚苯胺薄膜的制备方法。

背景技术

导电聚合物纳/微米图案在很多方面有重要应用，例如，发光二极管、有机场效应晶体管、集成电路、聚合物电致发光材料、人造肌肉、传感器及生物相容性材料等。

聚苯胺是典型的导电高分子，具有独特的电学、光学、热学性质，在许多功能性材料和器件领域都展现出巨大的应用前景。

传统的导电聚合物图案化方法有喷墨打印、光刻、离子束腐蚀及扫描探针显微技术等方法，这些方法所需设备昂贵，且容易对导电聚合物造成破坏，使其导电、电致变色性能降低。

CN1571625A公布了一种聚苯胺图形化沉积方法，在透明膜上采用化学氧化法沉积聚苯胺，此方法许多次重复操作，过程繁琐，且薄膜质量不易控制。CN1624872A公布了一种图案化导电聚苯胺薄膜的制备方法，在单晶硅片表面用电化学氧化方法制得聚苯胺薄膜。CN1772966A公布了一种金表面图案化聚苯胺薄膜的制备方法，该方法采用电化学氧化法，难以制备大面积均匀薄膜。

本发明采用化学氧化法在金表面制备图案化电致变色聚苯胺薄膜，方法简单，易于操作，成本低廉，容易制备大面积高质量薄膜；聚苯胺膜表面平整，图案边缘清晰；聚苯胺在金表面粘附性好，不易脱落；可通过调节苯胺的浓度、聚合温度来调节反应速度，得到高质量薄膜。

发明内容

本发明正是针对现有技术中存在的上述技术问题而提供了一种金表面图案化电致变色聚苯胺薄膜的制备方法。

本发明的制备方法包括包括以下步骤：

（1）金基底的制备

聚合物薄膜依次在丙酮、乙醇和超纯水中进行超声清洗，超声清洗温度为25-50℃，清洗时间为20-60min；将清洗后的聚合物薄膜在真空干燥箱中烘干，然后在聚合物薄膜表面镀金，得到镀有金膜的基底，金膜厚度为50-200nm；

（2）修饰剂溶液配制

向100ml烧杯中加入适量溶剂，加热至25-50℃；向溶剂中加入适量金表面用修饰剂，搅拌10-30min，修饰剂溶液浓度为0.1-2mol/L；

（3）图案化自组装膜的制备

将洁净硅橡胶弹性印章浸入步骤（2）制备的修饰剂溶液中，加热至30-70℃，浸渍时间为10-90min，修饰剂吸附在硅橡胶弹性印章表面，得到表面被修饰的硅橡胶弹性印章；然后将被修饰的硅橡胶弹性印章与步骤（1）制备的基底的洁净的金表面接触，施加50-200N的压力，在金表面压印5-60s，修饰剂在金表面自组装成膜，得到图案化修饰的金膜；

（4）图案化电致变色聚苯胺薄膜的制备

使用酸溶液配制苯胺溶液和氧化剂溶液；酸溶液浓度为0.1-2mol/L，苯胺溶液浓度为0.01-1mol/L，氧化剂溶液浓度为0.01-1mol/L；然后取适量苯胺溶液加入反应瓶，冰盐浴降温至0-10℃，将步骤（3）制得的图案化修饰的金膜浸入苯胺溶液；向反应瓶滴加氧化剂溶液，进行化学氧化反应，苯胺溶液体积50-500ml，氧化剂溶液体积10-500ml，反应温度0-10℃，得到图案化电致变色聚苯胺薄膜。

优选的，所述的聚合物薄膜为聚酰亚胺膜、孔径25μm的多孔PVDF膜、PET膜、尼龙膜、聚砜膜、PET膜或聚碳酸酯膜。

优选的，聚合物薄膜表面镀金方法为真空蒸镀或磁控溅射，金纯度为99.99wt％。

优选的，所述的溶剂为乙醇、丙酮、去离子水、甲醇，或它们的混合物；

优选的，所述的修饰剂为烷基磺酸钠、巯基磺酸、烷基硫醇、巯基羧酸，或它们的混合物。

优选的，所述的金膜镀层厚度为50-150nm，金纯度为99.99wt%。

优选的，所述的酸溶液为盐酸、硫酸、十二烷基苯磺酸、樟脑磺酸、聚苯乙烯磺酸、萘磺酸或2，4-二硝基萘酚-7-磺酸；所述的氧化剂为过硫酸铵、重铬酸钾、碘酸钾、氯化铁、双氧水、FeCl₄、Ce(SO₄)₂、MnO₂或过氧化苯甲酰。

优选的，所述的硅橡胶弹性印章的制备方法为，将聚二甲基硅氧烷浇筑于图案化的模具表面，室温下固化1h，然后在60℃温度下固化1h，得到具有所需图案的硅橡胶弹性印章。

本发明采用化学氧化法制备图案化聚苯胺薄膜，通过控制反应温度、苯胺溶液浓度和氧化剂的用量来调节苯胺聚合速度，获得高质量聚苯胺薄膜，薄膜表面平整，图案边缘清晰。

本发明的有益效果为：