[发明专利]浓度张力梯度自组装涂层的制备方法

说明书

一种浓度张力梯度自组装涂层的制备方法，包括：提供基底和胶体溶液，所述胶体溶液包括第一液体和分散于所述第一液体中的胶体颗粒；提供第二液体，所述第二液体与所述第一液体互溶，且所述第二液体的表面张力小于所述第一液体的表面张力，用所述第二液体在所述基底表面形成一液膜；以及将所述液膜与所述胶体溶液接触，从而在所述基底表面形成浓度张力梯度自组装涂层。本发明能够简单高效地在不同的基底上得到均匀性的浓度张力梯度自组装涂层。

技术领域

本发明涉及材料领域，特别是涉及一种浓度张力梯度自组装涂层的制备方法。

背景技术

胶体颗粒是单分散的、尺度在纳米、亚微米级别的有机或无机颗粒。纳米、亚微米尺度材料在光、电、磁、力等方面具有许多独特性质，胶体颗粒在人们生活中的很多方面也扮演着越来越重要的角色。将胶体颗粒在基底表面形成单层或多层胶体颗粒薄膜，不仅可以实现对基底的保护还可以使整体表现出胶体颗粒所不具备的性质，可以用于防腐蚀、催化、光电器件、传感器和生物医学等领域。

胶体颗粒薄膜的制备主要是通过胶体颗粒自组装的方式，即利用胶体颗粒与胶体颗粒之间及胶体颗粒与基底表面之间的相互作用力(库仑力、范德华力和疏水作用力等)，使胶体颗粒在这些作用下朝着自由能减小的方向运动，当体系能量达到最小时形成稳定的单层或多层胶体颗粒薄膜。通常，制备胶体颗粒薄膜的自组装方法有旋涂法、对流法、提拉法和静电力法等方法，其中旋涂法、对流法和提拉法都是利用胶体溶液在基底表面上的润湿而形成的薄膜效应，静电力法是使胶体颗粒在静电引力作用下组装到基底表面。

然而，旋涂法无法在曲面上形成均一的单层或多层胶体颗粒薄膜，对流法的操作方法较为复杂，且所需控制参数较多。静电力法虽然适用于曲面，但通常需要对基底进行改性，较难控制胶体颗粒的层数。提拉法是利用胶体溶液的液面在与基底接触的地方形成弯月面，该区域溶液的蒸发诱导产生了溶液的对流，胶体颗粒在此作用下移动到弯月面顶端，随着弯月面的减薄颗粒析出并吸附在基底上，同时控制胶体溶液的液面与基底进行缓慢的相对移动，从而不断在基底表面的不同位置形成新的弯月面并吸附新的胶体颗粒，最终在基底表面形成胶体颗粒薄膜。这种方法形成胶体颗粒薄膜的时间较长，效率低下，且应用在曲面基底上时，在相对移动过程中，由于曲面基底与液面形成的弯月面的形状是不断变化的，从而导致得不到均一的胶体颗粒薄膜。

发明内容

基于此，有必要提供一种简单高效、对不同的基底具有广泛的适用性且能够形成均一的浓度张力梯度自组装涂层的制备方法。

一种浓度张力梯度自组装涂层的制备方法，包括：

提供基底和胶体溶液，所述胶体溶液包括第一液体和分散于所述第一液体中的胶体颗粒；

提供第二液体，所述第二液体与所述第一液体互溶，且所述第二液体的表面张力小于所述第一液体的表面张力，用所述第二液体在所述基底表面形成一液膜；以及

将所述液膜与所述胶体溶液接触，从而在所述基底表面形成浓度张力梯度自组装涂层。

在其中一个实施例中，所述将所述液膜与所述胶体溶液接触的方法包括：将形成有所述液膜的所述基底放入所述胶体溶液中，使所述液膜与所述胶体溶液接触；所述浓度张力梯度自组装涂层的制备方法进一步包括：将形成有所述浓度张力梯度自组装涂层的所述基底从所述胶体溶液中提拉出来。

在其中一个实施例中，所述第二液体的表面张力小于或等于所述第一液体的表面张力的1/2。

在其中一个实施例中，用于形成所述液膜的基底表面为平面或曲面。

在其中一个实施例中，用于形成所述液膜的基底表面为连续表面或不连续表面。

在其中一个实施例中，所述第一液体为水，所述第二液体为乙醇、丙酮、乙酸和甲醇中的至少一种。