專利名稱：一種荷電材料水平梯度薄膜的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及薄膜的制備方法，特別是一種荷電材料水平梯度薄膜的制備 方法。
背景技術(shù)：
梯度薄膜是指構(gòu)成材料的組成、結(jié)構(gòu)或性能沿一定方向呈現(xiàn)連續(xù)變化的 薄膜材料，己廣泛應(yīng)用到宇航、機(jī)械、電子、化學(xué)、光學(xué)、核工程、生物醫(yī) 學(xué)和生物工程等領(lǐng)域。梯度薄膜可分為垂直梯度薄膜和水平梯度薄膜。垂直 梯度薄膜是指構(gòu)成材料在薄膜厚度方向上組分和結(jié)構(gòu)的梯度化，而水平梯度 薄膜是指組分或薄膜厚度在水平方向上呈現(xiàn)梯度變化。水平梯度薄膜通常應(yīng) 用于光電轉(zhuǎn)換材料、發(fā)光材料、光子材料、化學(xué)和生物傳感材料等，在光學(xué) 領(lǐng)域有較多的應(yīng)用，如可調(diào)光學(xué)器件、多通道光波系統(tǒng)等。到目前為止，垂 直梯度薄膜的制備方法相對(duì)成熟，包括粉末冶金法、自蔓延燃燒高溫合成法、 等離子噴涂、激光熔覆法、熱噴射沉積、電沉積法、氣相沉積法、薄膜擴(kuò)散 梯度技術(shù)、離心鑄造方法等。而水平梯度薄膜的制備方法十分有限，并且這 些方法十分復(fù)雜。
電泳沉積技術(shù)是將電泳和沉積兩個(gè)過程合二為一的方法，其主要原理是 將荷電材料分散在溶劑中形成穩(wěn)定的分散體系，在外加電場(chǎng)作用下，荷電材 料移向一個(gè)電極表面繼而在電極表面沉積下來形成薄膜。電泳沉積法具有很 多優(yōu)點(diǎn)，如對(duì)實(shí)驗(yàn)條件要求不高，常溫常壓敞開體系下就可以進(jìn)行；實(shí)驗(yàn)設(shè) 備相對(duì)較經(jīng)濟(jì)，使用直流電源就可以進(jìn)行，并且電泳沉積過程簡(jiǎn)單且能耗低， 易于操作；還可以在導(dǎo)電基底上利用模板沉積出各種不同的形狀或圖案。然 而，目前利用電泳沉積法并不能實(shí)現(xiàn)水平梯度薄膜的沉積。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足而提供的一種荷電材料水平梯度薄 膜的制備方法，它在傳統(tǒng)的電泳沉積法的基礎(chǔ)上，通過施加梯度電場(chǎng)，實(shí)現(xiàn) 了水平梯度薄膜的制備。
實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的具體技術(shù)方案是
一種荷電材料水平梯度薄膜的制備方法，其特征在于是在梯度電場(chǎng)下 用電泳沉積法來制備梯度薄膜，其具體步驟如下
a) 將導(dǎo)電基底清洗干凈，或者將其表面修飾一層正電荷或負(fù)電荷層；所 述導(dǎo)電基底選自氧化銦錫(ITO)導(dǎo)電玻璃、鋼板、鋁板或其它金屬板材；
b) 將荷電材料分散于溶劑中并調(diào)節(jié)其pH值及離子強(qiáng)度，形成穩(wěn)定分散 體系；其荷電材料為各種表面荷電的量子點(diǎn)、納米粒子、溶膠粒子、粘土、 染料分子或聚合物電解質(zhì)；所述溶劑為水或有機(jī)溶劑；荷電材料分散于溶 劑中的濃度為1 x 10_3 mol dm_3 1 mol dm'3;
c) 在上述穩(wěn)定分散體系中通入惰性氣體充分除氧，然后將導(dǎo)電基底浸入 其中，將導(dǎo)電基底的兩端連接到雙恒電位儀的兩個(gè)工作電極上，所加電壓范 圍為-10 +10V，調(diào)節(jié)兩個(gè)工作電極的電壓差為0.1 2 V/cm，沉積時(shí)間為 60s 200 min，即可制備出厚度為5納米 1微米的水平梯度薄膜。
所述有機(jī)溶劑包括甲醇、乙醇、苯、正己烷、丙酮、四氫呋喃或四氯化碳。
所述惰性氣體包括氬氣、氮?dú)饣蚝狻?br> 本發(fā)明是在梯度電場(chǎng)下利用電泳沉積技術(shù)制備梯度薄膜，其原理主要是 在電極兩端施加不同電壓，在電極的上下端之間形成一個(gè)梯度電場(chǎng)，荷電材 料在電場(chǎng)作用下向電極作定向移動(dòng)，由于電極的上下端之間的電場(chǎng)強(qiáng)度不同，使得荷電材料的運(yùn)動(dòng)速度不同，因而在相同時(shí)間內(nèi)沉積到電極的上下端之間 的粒子數(shù)不同，從而形成了從上到下厚度呈梯度變化的薄膜。通過調(diào)節(jié)電泳 沉積的時(shí)間和電場(chǎng)梯度大小，可以控制薄膜的厚度梯度。
本發(fā)明利用電泳沉積法實(shí)現(xiàn)了荷電材料水平梯度薄膜的制備，所制備的 薄膜厚度沿水平方向逐漸變化，可用于可調(diào)的光學(xué)器件等方面的應(yīng)用，也為 其它水平梯度薄膜材料的制備提供了一種可行的方法。


圖1為梯度薄膜制備裝置示意圖
圖2為實(shí)施例1水溶膠及其梯度薄膜的UV-Vis譜圖
圖3為實(shí)施例1梯度薄膜水平位置與吸光度的線性關(guān)系 圖4為實(shí)施例1梯度薄膜的照片圖
圖5為實(shí)施例1梯度薄膜沉積過程中的時(shí)間一電流曲線圖
具體實(shí)施例方式
通過以下具體實(shí)施例來進(jìn)一步闡述本發(fā)明
附圖1中，l一工作電極；2 —工作電極；3 —荷電材料溶液；4一參比電 極；5 —對(duì)電極；6—電化學(xué)工作站。
實(shí)施例1
巰基乙酸(TGA) -CdTe水平梯度薄膜的制備
a)將氧化銦錫(ITO)導(dǎo)電玻璃用洗滌劑清洗干凈，吹干，放入體積比 為1 : 1的乙醇和丙酮的混合溶液中超聲清洗，再放入去離子水中超聲清洗。 將清洗好的ITO導(dǎo)電玻璃再用大量去離子水沖洗、吹干后，置于 V(H20):V(H202):V(NH3)=5:1:1的混合溶液中，于60 。C水浴加熱30分鐘，進(jìn) 行表面羥基化，再用去離子水沖洗，吹干，然后放入lmg/mL聚二烯丙基二甲基氯化銨的0.5mokim—s氯化鈉溶液中，使表面富集一層正電荷，再清洗， 吹干。
b) 取表面帶有負(fù)電荷、濃度為2.8《10—31110^1111-3的TGA-CdTe量子點(diǎn) 水溶膠2ml，加入0.1ml0.5MNa2S水溶液，調(diào)節(jié)pH值至ll。
c) 在上述混合溶液中通氬氣30分鐘除氧，然后將清洗過的導(dǎo)電玻璃放 入該混合溶液中，按圖1接好裝置，兩個(gè)工作電極1、 2分別連接在導(dǎo)電玻璃 的兩端，兩工作電極之間距離為3.5cm，導(dǎo)電玻璃與對(duì)電極之間的間距為5 mm，在兩個(gè)工作電極l、 2上分別施加電壓為-2.0V和-1.85V，沉積時(shí)間設(shè)為 1200s，制得TGA-CdTe水平梯度薄膜。
實(shí)施例2
L-半胱氨酸(cys) -CdTe水平梯度薄膜的制備
a) 導(dǎo)電玻璃的表面處理與實(shí)施例1相同。
b) 取表面帶有負(fù)電荷、濃度為2.8xl(T3 mol.dnf3的L-cys-CdTe量子點(diǎn)水 溶膠2ml，加入0.2ml0.5MNa2S水溶液，再用鹽酸溶液調(diào)節(jié)pH值至11 。
c) 在上述混合溶液中通氬氣30分鐘除氧，然后將清洗過的導(dǎo)電玻璃放 入該混合溶液中，兩工作電極之間距離為3.5cm，導(dǎo)電玻璃與對(duì)電極之間的 間距為5mm，在兩個(gè)工作電極l、 2上分別施加電壓-2.1 V和-1.95V，沉積 時(shí)間設(shè)為1600s,制得L-cys-CdTe的水平梯度薄膜。
實(shí)施例3
TGA-CdSe水平梯度薄膜的制備
a) 導(dǎo)電玻璃的表面處理與實(shí)施例1相同。
b) 取表面帶有負(fù)電荷、濃度為lxl(^mol.dm—3的TGA-CdSe量子點(diǎn)水溶 膠，加入乙醇后震蕩，然后高速離心分離，棄去上層清液，再用無水乙醇洗滌沉淀2-3次，最后加入無水乙醇使量子點(diǎn)的濃度與水溶膠的濃度相同，超
聲10min，使量子點(diǎn)完全分散在乙醇中。
c)在上述TGA-CdSe量子點(diǎn)乙醇溶液中通氮?dú)?0分鐘除氧，然后將清 洗過的導(dǎo)電玻璃放入該混合溶液中，兩工作電極之間距離為3.5cm，導(dǎo)電玻 璃與對(duì)電極之間的間距為5mm，在兩個(gè)工作電極1、2上分別施加電壓-1.95V 和-1.8V，時(shí)間設(shè)為1200s，制得TGA-CdSe的水平梯度薄膜。 實(shí)施例4
L-cys-CdSe水平梯度薄膜的制備
a) 將不銹鋼片用金相砂紙上打磨后依次用0.3、 0.05pmAl203研磨粉拋 光，然后用去離子水中超聲清洗，吹干。
b) 取表面帶有負(fù)電荷、濃度為2.8x10—3 mohdm—3的L-cys-CdSe量子點(diǎn)水 溶膠2ml，加入0.2ml0.5MNa2S水溶液，再用鹽酸溶液調(diào)節(jié)pH值至11 。
c) 在上述混合溶液中通氬氣30分鐘除氧，然后將清洗過的不銹鋼片放 入該混合溶液中，兩工作電極之間距離為3.5cm，導(dǎo)電玻璃與對(duì)電極之間的 間距為5mm，在兩個(gè)工作電極l、 2上分別施加電壓-2.1V和-1.9V，時(shí)間設(shè) 為1200s，制得L-cys-CdSe水平梯度薄膜。
實(shí)施例5
導(dǎo)電高分子聚3-噻吩乙酸水平梯度薄膜的制備
a) 導(dǎo)電玻璃的表面處理與實(shí)施例1相同。
b) 將聚3-噻吩乙酸溶于0.1mol.dm-s的NaOH溶液，超聲5小時(shí)，待 PTAA全部溶解后用鹽酸溶液調(diào)節(jié)pH值至4.5，最終得到濃度為1 g/L的聚 3-噻吩乙酸水溶液。
c) 在上述聚3-噻吩乙酸水溶液中通氬氣30分鐘除氧，然后將清洗過的導(dǎo)電玻璃放入該混合溶液中，兩工作電極之間距離為3cm，導(dǎo)電玻璃與對(duì)電 極之間的間距為5mm，在兩個(gè)工作電極1、2上分別施加電壓-0.6V和-0.8 V, 沉積時(shí)間設(shè)為200s，制得聚3-噻吩乙酸的水平梯度薄膜。
酞菁銅四磺酸四鈉鹽水平梯度膜的制備
a) 導(dǎo)電玻璃的表面處理與實(shí)施例1相同。
b) 將酞菁銅四磺酸四鈉鹽配成0.05mohdm—3的水溶液，通氮?dú)?0分鐘 除氧后，然后將清洗過的導(dǎo)電玻璃放入該水溶液中，兩工作電極之間距離為 3.0cm，導(dǎo)電玻璃與對(duì)電極之間的間距為5 mm，在兩個(gè)工作電極1、 2上分 別施加電壓-4 V和-3.8 V，沉積時(shí)間設(shè)為800s，制得酞菁銅四磺酸四鈉鹽的 水平梯度薄膜。
權(quán)利要求
1、一種荷電材料水平梯度薄膜的制備方法，其特征在于是在梯度電場(chǎng)下用電泳沉積法來制備梯度薄膜，其具體步驟如下a)將導(dǎo)電基底清洗干凈，或者將其表面修飾一層正電荷或負(fù)電荷層；所述導(dǎo)電基底選自氧化銦錫(ITO)導(dǎo)電玻璃、鋼板、鋁板或其它金屬板材；b)將荷電材料分散于溶劑中并調(diào)節(jié)其pH值及離子強(qiáng)度，形成穩(wěn)定分散體系；其荷電材料為各種表面荷電的量子點(diǎn)、納米粒子、溶膠粒子、粘土、染料分子或聚合物電解質(zhì)；所述溶劑為水或有機(jī)溶劑；荷電材料分散于溶劑中的濃度為1×10-3mol dm-3～1mol dm-3；c)在上述穩(wěn)定分散體系中通入惰性氣體充分除氧，然后將導(dǎo)電基底浸入其中，將導(dǎo)電基底的兩端連接到雙恒電位儀的兩個(gè)工作電極上，工作電極所加電壓范圍為-10～+10V，調(diào)節(jié)兩個(gè)工作電極的電壓差為0.1～2V/cm，沉積時(shí)間為60s～200min，即可制備出厚度為5納米～1微米的水平梯度薄膜。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于所述有機(jī)溶劑包括甲醇、 乙醇、苯、正己垸、丙酮、四氫呋喃或四氯化碳。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于所述惰性氣體包括氬氣、 氮?dú)饣蚝狻?br> 全文摘要
本發(fā)明公開了一種荷電材料水平梯度薄膜的制備方法，該方法是將荷電材料分散在溶劑中并調(diào)節(jié)其pH值及離子強(qiáng)度，形成穩(wěn)定分散體系，再將導(dǎo)電基底浸入穩(wěn)定分散體系，使用雙恒電位儀將荷電材料沉積到導(dǎo)電基底上，形成具有水平梯度的薄膜。本發(fā)明提供了一種在梯度電場(chǎng)下用電泳沉積法制備荷電材料梯度薄膜的方法。所制備的薄膜厚度沿水平方向逐漸變化，可用于光學(xué)和光電轉(zhuǎn)換等方面的應(yīng)用，也為其它水平梯度薄膜材料的制備提供了一種可行的方法。
文檔編號(hào)C25D13/12GK101440511SQ20081020415
公開日2009年5月27日 申請(qǐng)日期2008年12月8日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月8日
發(fā)明者丁旵明, 曲雅妮, 勇 李 申請(qǐng)人:華東師范大學(xué)