[发明专利]一种通过红外光调控聚合物表面电荷的方法

说明书

本发明涉及减摩抗磨技术领域，提供了一种通过红外光调控聚合物表面电荷的方法。本发明利用光热转换材料和聚合物为原料，制备聚合物复合膜，然后使用红外光照射聚合物复合膜，受到红外光照射后，光热转换材料温度升高，产生热电子发射，处于激发态的热电子会迁移到聚合物表面，当聚合物表面带正电荷时，迁移到表面上的热电子与这些正电荷发生中和作用，使正电荷的数量减少；当聚合物表面带负电荷时，迁移到表面的热电子与这些表面的电子发生叠加作用，导致负电荷的数量增加。本发明提供的聚合物表面电荷的调控方法新颖，且光热转换材料目前已经实现工业化生产，来源广泛，在减摩抗磨领域具有广阔的应用前景。

技术领域

本发明涉及减摩抗磨技术领域，尤其涉及一种通过红外光调控聚合物表面电荷的方法。

背景技术

通过接触分离或摩擦在聚合物表面产生并保留电荷的现象称为接触带电或摩擦带电，摩擦带电是一种普遍存在的物理现象，主要发生在摩擦副材料表面。摩擦后，摩擦电荷通常被困在表面(2μm以内)暂存。这些暂存的电荷在聚合物表面形成表面电位，这是摩擦电纳米发电机(TENGs)产生电能输出和在聚合物表面产生静电放电的关键。因此，如果增加摩擦过程中或摩擦后的摩擦电荷量，TENG的电输出性能就会得到改善，反之，聚合物的抗静电性能可以得到改善。因此，调节材料表面的摩擦电荷对提高支板的电输出或设计新型防静电材料都具有重要意义。

聚合物表面电荷的变化将直接影响聚合物的运动状态。此前已经有文献报道关于聚合物的表面电荷对聚合物摩擦过程中的摩擦系数影响，即在聚合物运动过程中，表面电荷(无论正电荷还是负电荷)的数量越多，聚合物的摩擦系数越大，摩擦阻力越大。因此，调节聚合物的表面电荷的多少可以间接控制聚合物在运动过程中的摩擦系数，进而控制其运动状态(运动的快、慢或静止)。

一般来说，聚合物的表面电荷调节主要取决于外界刺激，如光、温度、湿度、大气等。通过外部刺激，聚合物的摩擦带电或电荷存储特性被改变，从而改变表面电荷的数量。例如，将有机染料与PDMS混合，可以在紫外线照射下实现PDMS的原位抗静电效果。此外，通过热刺激改变微纤维毡(MFS)微结构的粗糙度，可以改变TENG的电输出性能。然而，这些表面电荷调节手段只能使电荷量沿一定方向变化，即电荷量增加或减少，而不能根据实际情况自由调节，且除去外部刺激后，电荷量也不能恢复到初始值，即电荷量的变化是不可逆的。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种通过红外光调控聚合物表面电荷的方法。本发明提供的方法能够实现聚合物表面电荷的可逆调控，且方法简单、新颖、容易操作。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

一种通过红外光调控聚合物表面电荷的方法，包括以下步骤：

以聚合物和光热转换材料为原料，制备聚合物复合膜；所述聚合物复合膜包括聚合物膜和掺杂在所述聚合物膜中的光热转换材料；所述聚合物为透明或半透明聚合物；

使用红外光照射所述聚合物复合膜，调控聚合物表面的电荷。

优选的，所述聚合物复合膜的制备方法包括以下步骤：

将聚合物、光热转换材料和固化剂混合，将所得混合料涂覆于基底表面，干燥后揭膜，得到所述聚合物复合膜；

或，将聚合物和光热转换材料混合后，将所得混合料涂覆于基底表面，光固化后揭膜，得到所述聚合物复合膜。

优选的，所述聚合物包括聚二甲基硅氧烷、酚醛树脂、硅树脂、环氧树脂、聚氨酯和聚对苯二甲酸乙二酸酯中的一种或几种。

优选的，所述光热转换材料的形貌为纳米球、纳米片或纳米线；所述纳米球的粒径为5～100nm，所述纳米片为单层或两层纳米片，所述纳米线的直径为10～50nm。

优选的，所述光热转换材料包括纳米Fe₃O₄、石墨烯、洋葱碳、碳纳米管、MXene和银纳米线中的一种或几种。