一种纤维素纳米晶协同诱导光限幅薄膜的制备方法

1.本发明属于光限幅纳米高分子材料技术领域，涉及一种纤维素纳米晶协同诱导光限幅薄膜的制备方法。


背景技术：

2.mxene是一种类似二维石墨结构的新材料。mxene是一类具有m
n+1
xntx构成的材料体系，其中m代表过渡金属元素，x表示c或者n,t代表材料的表面修饰体。2011年被合成出以后陆续被发现在储能、催化润滑、抗菌、电磁屏蔽、水处理等领域皆具良好的性能及优势。金属元素和c和n元素的组合也赋予了mxene良好的电学性能，值得注意的是良好的电学性能并没有影响其光学性能。mxene在光学领域被证实具有线性光学性质和非线性的光学性质，其线性光学性质具有吸收，透过以及光致发光等性能。同时在非线性光学中被证实有饱和吸收和非线性折射的作用。同时，mxene材料本身自带表面修饰体赋予了mxene本身具有良好的生物相溶性。除此之外，纤维素作为一种廉价易得并且可生物降解的天然高分子聚合物，受到了世界各地学者的注意和研究。纤维素纳米晶(cnc)是一种纳米级光子晶体，可通过自组装成手性向列液晶，其内部拥有层状螺旋结构，通过调控磁场，温度，湿度等条件来影响其光学性能。纳晶纤维素本身具有非线性散射机理，也是一种天然光限幅材料。因此mxene与纤维素纳米晶(cnc)两相协同作用增强光限幅。


技术实现要素：

3.本发明的目的是一种纤维素纳米晶协同诱导光限幅薄膜的制备方法，该方法，该方法提供了制备mxene材料的方法，将mxene材料与具有非线性散射的纤维素纳米晶(cnc)复合制备成一种新型的固体膜材料。
4.本发明所采用的技术方案是，一种纤维素纳米晶协同诱导光限幅薄膜的制备方法，具体包括如下过程：
5.步骤1，合成mxene水分散溶液；
6.步骤2，制备纤维素纳米晶；
7.步骤3，根据步骤1和步骤2所得结果制备mxene纤维素纳米晶光限幅薄膜。
8.本发明的特点还在于：
9.步骤1的具体过程为：取100毫升的7～10m的的盐酸溶液于容器中，并向容器中添加0.2m～0.3m的氟化锂，在35摄氏度下搅拌半小时，然后向溶液中添加lif/max质量比为8：5的max相,将所得的混合溶液在35摄氏度下持续搅拌35小时，待搅拌完毕后，将离心机的转速控制在3500r/min，并用去离子水将混合溶液离心洗涤至ph＝5～6，将得到的样品分散在去离子水中，得到mxene的水溶液。
10.步骤3的具体过程为：将纤维素纳米晶与mxene水溶液混合，得混合液，并将该混合液搅拌均匀，再将混合液在超声仪器中超声；超声结束后，将混合液倒入聚苯乙烯圆底培养皿中，采用蒸发自组装的方式静置3-10天，即得。
11.步骤3中，纤维素纳米晶与mxene水溶液以4wt％：0.1～1wt％混合。
12.步骤3中，超声的时间为30-60min。
13.本发明的有益效果是：本发明制备出mxene材料，探究了mxene材料除开已知的非线性折射以外，还拥有非线性饭饱和吸收的效果。同时纤维素纳米晶(cnc)作为基底材料，具有非线性散射机理。不仅如此，纤维素纳米晶(cnc)薄膜具有良好的柔韧性。因此，mxene@纤维素纳米晶不仅协同将同增强了光限幅效果，同时可作为极具潜力的柔性的激光防护器件。
附图说明
14.图1是本发明一种纤维素纳米晶协同诱导光限幅薄膜的制备方法；
15.图2本发明一种纤维素纳米晶协同诱导光限幅薄膜的制备方法中mxene与纤维素纳米晶薄膜的断面sem图；
16.图3)本发明一种纤维素纳米晶协同诱导光限幅薄膜的制备方法制备的mxene纤维素纳米晶薄膜；
17.图4是将本发明一种纤维素纳米晶协同诱导光限幅薄膜的制备方法制备出的mxene纤维素纳米晶薄膜在不同浓度下的光限幅性能的曲线对比图。
具体实施方式
18.下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
19.本发明一种纤维素纳米晶协同诱导光限幅薄膜的制备方法，具体包括如下步骤：
20.步骤1，mxene水溶液的合成；
21.目前，对max相刻蚀的方法采用的是强酸氢氟酸(hf)刻蚀，单独使用氢氟酸具有较强的危险性，对人体造成不可逆转的伤害，因此采用间接法生成氢氟酸以减小危险和对人体的伤害。取100毫升的7～10m的的盐酸(hcl)溶液于塑料容器中，缓慢添加0.2m～0.3m的氟化锂(lif),在35摄氏度下搅拌半小时左右后，缓慢向溶液中添加lif/max质量比为8：5的max(ti3alc2)相,混合溶液在35摄氏度下持续搅拌35小时。待搅拌完毕后，将离心机的转速控制在3500r/min，并用去离子水将混合溶液离心洗涤至ph＝5～6，将得到的样品分散在去离子水中，得到mxene的水分散溶液。将制备出得mxene溶液从1.3wt％稀释成不同浓度的mxene溶液。
22.2.纤维素纳米晶的制备
23.制备纤维素纳米晶的方法一般采取水解法，本发明中采用硫酸水解法制备纤维素纳米晶(cnc),其优点在于硫酸水解后的纤维素纳米晶(cnc)有带电的磺酸酯，可以使得纤维素纳米晶(cnc)在水溶液中分散的更为均匀。同时为mxene与纤维素纳米晶(cnc)能够相互均与的共混提供了有利条件。
24.步骤3，mxene纤维素纳米晶光限幅薄膜的制备
25.首先将4％纤维素纳米晶(cnc)与mxene水溶液以4wt％：0.1～1wt％，将该混合液在40℃的温度下均匀搅拌30-60min，将均匀搅拌后的混合液在超声仪器中超声，且超声功率为250w，超声时间为30-60min。
26.然后将混合液倒入聚苯乙烯圆底培养皿中(直径＝60mm，高度＝15mm)中，采用蒸
发自组装的方式静置3-10天。
27.实施例1
28.一种纤维素纳米晶协同诱导光限幅薄膜的制备方法，具体包括如下步骤：
29.mxene稀释后水溶液与纤维素纳米晶(cnc)以0.1wt％：4％的均匀的混合。在40℃的温度下均匀搅拌60min，而后在功率为250w的超声仪器中超声60min，完成以上操作后将混合液倒入聚苯乙烯培养皿中采用蒸发诱导自组装的方式静置5天成膜。
30.实施例2
31.一种纤维素纳米晶协同诱导光限幅薄膜的制备方法，具体包括如下步骤：mxene稀释后水溶液与纤维素纳米晶(cnc)以0.5wt％：4％的均匀的混合。在40℃的温度下均匀搅拌60min，而后在功率为250w的超声仪器中超声60min，完成以上操作后将混合液倒入聚苯乙烯培养皿中采用蒸发诱导自组装的方式静置5天成膜。
32.实施例3
33.一种纤维素纳米晶协同诱导光限幅薄膜的制备方法，具体包括如下步骤：mxene稀释后水溶液与纤维素纳米晶(cnc)以0.7wt％：4％的均匀的混合。在40℃的温度下均匀搅拌60min，而后在功率为250w的超声仪器中超声60min，完成以上操作后将混合液倒入聚苯乙烯培养皿中采用蒸发诱导自组装的方式静置5天成膜。
34.实施例4
35.一种纤维素纳米晶协同诱导光限幅薄膜的制备方法，具体包括如下步骤：
36.mxene稀释后水溶液与纤维素纳米晶(cnc)以1wt％：4％的均匀的混合。在40℃的温度下均匀搅拌60min，而后在功率为250w的超声仪器中超声60min，完成以上操作后将混合液倒入聚苯乙烯培养皿中采用蒸发诱导自组装的方式静置5天成膜。
37.图1为mxene纤维素纳米晶(cnc)薄膜，可见光透光性较好。
38.图2为mxene纤维素纳米晶(cnc)断面sem图，能够清晰的看到纤维素纳米晶(cnc)中的螺旋层状结构。
39.图3为mxene纤维素纳米晶(cnc)展现出良好的柔韧性。
40.图4的mxene纤维素纳米晶(cnc)的z扫描图，即作为光限幅性能的测试，纤维素纳米晶(cnc)光限幅透过率能从100％被限制到95％。显现出微弱的光限幅作用。增加了0.1wt％的mxene后光限幅透过率从95％下降到93％，随着mxene的浓度逐渐增大，mxene与纤维素纳米晶的协同光限幅效果逐渐明显，从93％最终下降到16.3％。可见，在增加mxene后的纤维素纳米晶薄膜的光限幅性能有了显著的提升。达到了协同增强的效果。
41.因此，该mxene纤维素纳米晶(cnc)可以用于激光防护，保护人眼睛和光学传感等免受激光损害。
42.本发明一种光限幅特性的纳米纤维素液晶纸的制备方法，将一种本身具有非线性折射的光限幅材料mxene与具有良好透过率的纤维素纳米晶(cnc)相互掺杂。同时，纤维素纳米晶也是一种具有非线性散射的光限幅材料。一方面两种材料光限幅机制相互协调，增强光限幅性能。另一方面，将传统光限幅材料停留在溶液阶段转变为固体的柔性膜材料，扩大其应用范围。