[发明专利]一种纳米仿生层状薄膜及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种纳米仿生层状薄膜及其制备方法，特别涉及一种由纳米碳酸 钙、纳米二氧化硅等纳米颗粒利用层层组装的方法生成的薄膜层和其制备方法。

背景技术

自然界中，生物体利用极其普通的矿化材料(碳酸钙或磷酸钙等)来构成其 结构支撑的硬组织，从细菌中的磁性体到贝壳、珊瑚、骨骼和牙齿等。这些生物 矿化材料通常具有常规无机材料不可比拟的优点，如极高的强度、良好的断裂韧 性、优异的减震性能以及许多其它的特殊功能。如何让这些纳米级矿物材料在固 体表面沉积下来，形成一个致密的坚固层，对于提高固体表面强度等性能具有非 常好的作用。

生物矿化材料不同寻常的性能来源于其巧妙的组装过程及其所具有的精细微 观结构。大多数生物矿化材料都是在生物有机质(层)诱导下层层组装形成的。 以贝壳为例，它们由棱柱层和珍珠层两大部分构成。棱柱层由垂直于贝壳表面的 彼此平行的极细棱柱状方解石组成，方解石是碳酸钙的热力学最稳定结构，而珍 珠层是由一些小平板状结构单元平行积累而成，这些小平板属于文石结构的碳酸 钙，它们的板面平行于贝壳表面，就像建筑墙壁的砖块一样相互堆砌镶嵌，成层 排列，形成整个珍珠层。

现有的研究者提出了控制碳酸钙晶体生长过程中晶态结构、形状和组装的方 法。在所述的方法里，各种有机分子，包括凝胶、Langmuir单分子层、自组装单 分子层、胶团、微乳、聚合肤、树枝状聚合物、微生物以及手性分子等，都被应 用于碳酸钙复合物的形成。例如，在凝胶的作用下，可以形成具有多孔六边形形 貌的球文石碳酸钙多晶复合物(J.H.Zhan,H.P.Lin,C.YMou,Adv.Mater.2003, 15,621-623.)；以DHBC-表面活性剂复合物胶团作为模板，可以合成出具有微米 尺寸的方解石中空球碳酸钙复合物(L.Qi,J.Li,J.Ma,Adv.Mater.2002,14, 300-303.)。专利申请号为200710042997.7的专利提出了一种纳米层状碳酸钙仿生 复合材料料，它是由低分子量有机物参与氯化钙和碳酸钠反应过程，导向方解石 形成纳米薄层状结构，进而使层状结构定向组装纳米薄层的多层结构。这些研究 对生物矿化材料的仿生合成起着重要的推动作用，但仍未能生长成具有天然碳酸 钙结构(如软体动物中的高度规则的碳酸钙壳层、腕足动物的半珍珠层)的仿生材 料，或者方法和材料性能还有待进一步提高。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术的不足，提供一种纳米仿生层状薄膜及其 制备方法，使纳米颗粒在固体表面层层沉积，组装形成一个致密、坚固而平整的 表面膜，提高固体的强度和致密性。

本发明技术方案是这样实现的：

一种纳米仿生层状薄膜，是将纳米颗粒和聚合物交替吸附到固体表面，使纳 米颗粒层层沉积，继而形成的；所述纳米颗粒指纳米碳酸钙、纳米二氧化硅、纳 米硫酸钡中的一种或几种的组合；所述聚合物为PDDA(邻苯二甲酸二乙二醇二 丙烯酸酯)、PEI(聚醚酰亚胺)、PAH(多环芳烃)、PAA(丙烯酸树脂)的一种或 几种的组合。

前述的纳米仿生层状薄膜的制备方法，按下述步骤进行：

室温下，在纳米颗粒悬浊液中添加聚合物配制成含有纳米颗粒和聚合物的溶 液，并调节pH值至8.0±0.5；另配制一种聚合物溶液，并调节pH值至4.0±0.5； 然后将固体片在聚合物溶液、含有纳米颗粒和聚合物的溶液中交替浸入，分别浸 渍吸附5～10min，浸渍间隔过程中用去离子水清洗固体片上未发生吸附的多余聚合 物溶液，并用氮气吹干；交替侵渍十个以上循环后，固体片上即可得到表面趋于 平整的薄膜层；所述固体片包括硅片、岩石薄片、玻璃片、滤纸片中的一种或几 种。

上述制备方法中还包括：

纳米颗粒悬浊液的质量百分比为0.1％～0.2％；向纳米颗粒悬浊液中添加的聚 合物质量百分比为0.1％～0.2％；另配制的聚合物溶液的质量百分比为0.1％～0.2％

固体片首先浸入到聚合物溶液，再浸入含有纳米颗粒和聚合物的溶液，然后 依次交替浸入。

本发明与现有技术相比具有以下优势：

(1)本发明利用仿生原理，制备的薄膜层具有非常好的附着性能、致密性 和韧性，在水和电解质溶液中存放30天以上不会从固体上发生脱落，同时可阻 止水的渗透对固体产生的破坏。

(2)本发明可用于固体表面的加固，提高其强度和致密性。