基于亲液基底的超铺展制备薄膜的方法和装置

本发明属于薄膜的制备，具体地，本发明主要涉及一种基于亲液基底的超铺展制备薄膜的方法和装置。

背景技术：

1、薄膜材料作为一种具有特殊功能的材料，其发展前景广阔。薄膜材料的厚度很薄，因此可以大幅度地减小产品的体积和重量，提高材料的利用率和能源的节约。同时，薄膜材料以其较高硬度、较高耐磨性、较高反射率等性能优势，在机械、光学、电子、生物等领域广泛应用。此外，薄膜材料的生产工艺简单，可以批量生产，且成本较低。但是，薄膜材料的制备技术难度较大，需要高精度的设备和工艺进行控制，其性能受到制备工艺和基材的影响，难以保持稳定，机械强度和耐久性也有待提高。

2、薄膜的制备方法通常包括溶剂蒸发法、刮涂法、抽滤法、层层自组装法和超铺展法。其中，超铺展法指的是在凝胶与不互溶液相的界面上进行超铺展成膜。凝胶表面具有准液态性质，能明显促进互溶性液体的铺展。超铺展法制备薄膜具有能耗低、工艺简单、能实现大规模连续制备、能实现纳米片高度取向排列的优点。但是在相关技术中，超铺展制备薄膜的方法需要在水凝胶表面铺展溶液后界面成膜，然后将薄膜转移到任意固体表面后干燥，而本身水凝胶的制备较为复杂，且将薄膜进一步转移到任意固体表面的过程，必须在水凝胶湿润的条件下进行，容易使尚未干燥的薄膜出现破损。

3、因此，现有的超铺展制膜法具有一定的工艺局限性和制膜质量问题，有待进一步的工艺改进。

技术实现思路

1、有鉴于此，为解决相关技术中的以及其他方面的至少一种技术问题，本发明提出了一种基于亲液基底的超铺展制备薄膜的方法，包括：

2、步骤s1：提供一具有亲液表面的基底。

3、步骤s2：向基底的亲液表面滴加第一溶液，在亲液表面形成液膜。

4、步骤s3：向液膜表面滴加第二溶液，第二溶液在液膜表面超铺展，使得第二溶液与第一溶液发生界面成膜交联固化反应，在基底的亲液表面上形成薄膜。

5、根据本发明的实施例，基底的材料包括滤膜、滤纸、塑料板、玻璃板、硅片、云母片、铜箔、铝箔、不锈钢板中的一种。

6、根据本发明的实施例，在基底的材料选自玻璃板、硅片、云母片中任意一种的情况下，对基底进行亲液化处理，以获得具有亲液表面的基底。

7、根据本发明的实施例，亲液化处理包括对基底进行氧等离子体处理以使基底的亲液表面具有亲水性，或对基底进行超亲有机液体处理以使基底的亲液表面具有亲油性。

8、根据本发明的实施例，第一溶液包括金属离子溶液、醛类溶液、季铵盐溶液、硅烷偶联剂溶液中的一种或多种；第二溶液包括氧化石墨烯、还原石墨烯、石墨烯、粘土、二氧化钛、三氧化二钴、氧化铜、氧化锌、二硫化钼、二硫化钨、二硫化硒、二碲化矾、二碲化钨、二碲化钼、二硒化钨、二硒化钼、氮化碳、氮化硼、碳化硅、黑磷、二维金属碳化物中一种或多种纳米片的溶液。

9、根据本发明的实施例，第一溶液的浓度范围为0.05mol/l～0.15mol/l；第二溶液的浓度范围为0.1mg/l～20mg/l；第一溶液和第二溶液的体积比为1:10～10:1。

10、根据本发明的实施例，第二溶液在液膜表面超铺展的时间小于或等于2秒。

11、根据本发明的实施例，薄膜的边长范围为1cm～2m。

12、在本发明的另一方面提出了一种适用于上述方法的超铺展制备薄膜装置，包括供料单元、界面反应平台。其中，供料单元包括第一溶液滴加组件和第二溶液滴加组件；界面反应平台，为具有亲液表面的基底，基底的亲液表面依次接收来自供料单元的第一溶液和第二溶液，以使第一溶液和第二溶液在基底上发生界面成膜交联固化反应得到薄膜。

13、根据本发明的实施例，基于亲液基底的超铺展制备薄膜装置还包括收集单元，收集单元包括传送组件和收集组件。其中，传送组件适用于驱动界面反应平台移动，按照界面反应平台的移动方向，第一溶液滴加组件位于第二溶液滴加组件的上游；传送组件将界面反应平台上得到的薄膜运送到收集组件进行收集。

14、根据本发明的实施例，第一溶液在具有亲液表面的基底上首先铺展形成液膜；然后在具有第一溶液的液膜表面滴加第二溶液，第二溶液在第一溶液的液膜表面发生超铺展，超铺展力使得第二溶液的溶质发生取向排列。同时第一溶液作为交联剂通过化学交联、静电作用、配位作用、阳离子-π作用、疏水相互作用中的至少一种效应，与第二溶液的溶质交联并固化成膜。应用本发明提出的基于亲液基底的超铺展制备薄膜的方法简化了工艺，规避了在制备过程中薄膜出现破损的风险，有助于得到完整的大面积薄膜，在电子器件、传感、膜分离、生物医学等领域具有广泛的应用前景。

技术特征：

1.一种基于亲液基底的超铺展制备薄膜的方法包括：

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述基底的材料包括滤膜、滤纸、塑料板、玻璃板、硅片、云母片、铜箔、铝箔、不锈钢板中的一种。

3.根据权利要求2所述的方法，其中，在所述基底的材料选自玻璃板、硅片、云母片中任意一种的情况下，对所述基底进行亲液化处理，以获得具有亲液表面的基底。

4.根据权利要求3所述的方法，其中，所述亲液化处理包括对所述基底进行氧等离子体处理以使所述基底的亲液表面具有亲水性，或对所述基底进行超亲有机液体处理以使所述基底的亲液表面具有亲油性。

5.根据权利要求1或4所述的方法，其中，

6.根据权利要求5所述的方法，其中，

7.根据权利要求6所述的方法，其中，所述第二溶液在所述液膜表面超铺展的时间小于或等于2秒。

8.根据权利要求1所述的方法，其中，所述薄膜的边长范围为1cm～2m。

9.一种适用于如权利要求1～8任一项所述方法的基于亲液基底的超铺展制备薄膜装置，包括：

10.根据权利要求9所述的装置，其中，所述装置还包括收集单元(3)，所述收集单元(3)包括传送组件(31)和收集组件(32)；

技术总结
本发明提出了一种基于亲液基底的超铺展制备薄膜的方法，包括：首先提供一具有亲液表面的基底，然后向基底的亲液表面滴加第一溶液，在亲液表面形成液膜，最后向液膜表面滴加第二溶液，第二溶液在液膜表面超铺展，使得第二溶液与第一溶液发生界面成膜交联固化反应，在基底的亲液表面上形成薄膜。本发明还提出了一种适用于前述方法的亲液基底表面超铺展制备薄膜装置。

技术研发人员：赵创奇,周灿,车国俊,刘明杰
受保护的技术使用者：中国科学技术大学苏州高等研究院
技术研发日：
技术公布日：2024/4/29