[发明专利]宏观取向有序介孔二氧化硅薄膜的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种材料技术领域的制备方法，特别是一种宏观取向有序介孔二氧化硅薄膜的制备方法。

背景技术

介孔材料是指孔径在2～50nm之间的固体孔状材料。具有较大的比表面积、较好的水热稳定性，在催化剂载体、分子级化学传感器、光学材料、聚合物模板和贵重金属线的模板制造等领域具有十分广阔的应用前景。但早期的介孔材料主要是以粉末状颗粒形体存在，孔道排列是无方向性的，使得其在吸附、分离和催化过程中的应用需要间歇性的进行，因此极大地限制了介孔材料在催化、分离、光学元件等方面的应用。如果能将介孔材料制成连续膜状结构，将极大的提高它在这些领域内的应用。粉末介孔材料很难加工成薄膜，所以必须从原子、分子水平直接制备介孔膜。早期制备的介孔薄膜基本上都属于局部定向薄膜，介孔孔道在宏观上还是无序排列的。但在生产领域中，只有宏观结构排列规整的定向介孔薄膜才具有实际的应用价值。宏观定向性介孔膜的制备，主要是应用液晶取向的原理，即通过底部模板的表面诱导作用，使得各相异性的胶束在模板上定性沉积成宏观定向性的介孔膜。

经对现有技术文献的检索发现，Fukumoto H，Nagano S，Kawatsuki N，SekiT.在《Chem.Mater》(《材料化学杂志》)，2006年，18期，1226-1234页的“Photo-alignment behavior of mesoporous silica thin film synthesized ona photo-crosslinkable polymer film”(“基于可光交联聚合物薄膜基板的介孔二氧化硅薄膜光取向技术”)中公开了用一种光控定向作用的聚合物(PPLC)为模板制备定向介孔薄膜的方法，在紫外光的照射下，该聚合物发生取向，然后在取向的聚合物上面利用提拉法制备介孔薄膜。因为模板的取向作用，使得制备出的介孔薄膜也有宏观整体的单一取向。但是，该方法仅仅能够制备小孔经的介孔薄膜(孔径在2-3nm之间)，并且仅限于利用提拉方法制备介孔薄膜.而对孔径在10nm左右的介孔薄膜，这种方法则不具有有效的取向能力。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术之不足，提供一种宏观取向有序介孔二氧化硅薄膜的制备方法。这种方法不仅可以用来制备孔径在2-3nm左右的小孔经取向介孔薄膜，而且对孔径在10nm左右的介孔薄膜，也具有良好的定向能力。

本发明是通过以下技术方案实现的，具体步骤如下：

(1)薄膜表面周期性微米或纳米沟槽微结构的制备：将聚酰亚胺薄膜以扫描方式在薄膜表面制备出周期为200nm-600nm，深度为80nm-150nm的周期性微米或纳米级沟槽微结构。

(2)溶胶-凝胶前驱液的配制：将硅源正硅酸四乙酯滴加到酸性的表面活性剂十六烷基三甲基氯化铵的乙醇溶液中(或者滴加到酸性的非离子表面活性剂聚乙二醇-聚丙二醇-聚乙二醇共聚物的乙醇溶液中)，PH值为0至0.5，形成乙醇溶剂过量的临界状态，搅拌，形成均一透明的溶胶-凝胶前驱液。

(3)介孔薄膜的制备：将激光处理的聚酰亚胺薄膜竖直放入到配制好的溶胶-凝胶前驱液中，以缓慢垂直提拉薄膜(或者旋转涂布薄膜)，在具有沟槽微结构的薄膜表面上形成宏观取向的薄膜，经过加热煅烧或者乙醇萃取制备定向的介孔二氧化硅薄膜。

步骤(1)中，所述扫描方式，是用脉冲激光器作为紫外光源。

所述的扫描方式，其条件是：以能量为10mJ/cm²-65mJ/cm²，扫描速度为X轴0.01mm/s-0.1mm/s，Y轴为5mm/s-8mm/s。

所述的紫外光源，其波长为：266nm，或355nm，或532nm。

步骤(1)中，所述聚酰亚胺薄膜，其聚酰亚胺的分子中含有酰亚胺环结构。

步骤(2)中，所述搅拌，其搅拌温度是：20℃-60℃；所述搅拌，其搅拌时间是：1小时-5小时。

步骤(3)中，所述提拉，其速度是：1mm/s-5mm/s。

步骤(3)中，所述旋转涂布，其旋转速度是：1000转/分-5000转/分。

本发明使用的诱导形成宏观取向有序介孔薄膜的表面为具有单轴取向微结构的表面，可以应用于磨压法制备的聚合物表面、单光或双光干涉形成的聚合物表面、摩擦处理的聚合物表面以及生物体本身具有的微观取向微结构的表面。