阅读说明：本技术 一种热诱导张力梯度驱动自组装涂层快速制备的方法 (Method for quickly preparing self-assembly coating driven by thermal induction tension gradient ) 是由 汪家道 李轩 翁鼎 陈磊 冯东 于 2019-11-26 设计创作，主要内容包括：提供一种热诱导张力梯度驱动自组装涂层快速制备的方法,其包括将具有预定温度的基底按照预定速度竖直浸没到胶体溶液中,胶体溶液中形成温度梯度,温度梯度引发张力梯度,张力梯度驱动胶体溶液中的胶体颗粒向基底运动并吸附至基底表面,取出基底,干燥。本发明的方法具有工艺简单,制备速度快,无需引入额外化学试剂,适用性广的优点。(The method comprises the steps of vertically immersing a substrate with a preset temperature into a colloidal solution at a preset speed to form a temperature gradient in the colloidal solution, inducing the tension gradient by the temperature gradient, driving colloidal particles in the colloidal solution to move towards the substrate and be adsorbed to the surface of the substrate by the tension gradient, taking out the substrate, and drying. The method has the advantages of simple process, high preparation speed, no need of introducing additional chemical reagents and wide applicability.)

一种热诱导张力梯度驱动自组装涂层快速制备的方法

技术领域

本发明涉及一种热诱导张力梯度驱动自组装涂层快速制备的方法，特别是涉及一种工艺简单、制备速度快、无需引入额外化学试剂、适用于多种颗粒，适用于平面、曲面及网面等基底表面的胶体颗粒自组装方法。

背景技术

胶体颗粒是指颗粒粒径在亚微米、纳米级别的无机或有机颗粒，能够分散在特定溶剂中形成胶体溶液。由于胶体颗粒尺寸较小，因此胶体颗粒表现出许多与传统固体材料不同的特殊性质，出现表面效应，小尺寸效应等。这使得胶体颗粒在光学，电磁学，力学等领域表现出许多特殊的优质性能。由胶体颗粒组成的胶体涂层可以应用于防腐蚀材料、抗粘附材料，光学器件以及生物医学等多个领域。

自组装技术是胶体涂层的主要制备方式，随着胶体颗粒材料的迅速发展以及胶体涂层在各领域的广泛应用，胶体颗粒的自组装技术变得更加重要。胶体涂层的自组装方式主要有提拉法，旋涂法，静电力法等，但现有的方法都有不足之处。提拉法自组装胶体颗粒涂层过程缓慢，且需要昂贵的专用设备，涂层质量容易受到湿度，温度等环境因素影响，偶然性强并且难以进行大面积制备。旋涂法自组装效率较高，但是受到设备与自组装原理的限制通常难以适用于曲面等复杂形貌表面。静电力法通常需要对基底表面或胶体颗粒表面进行化学修饰以改变其表面电性，因此可能会改变自组装涂层自身的物理化学性能并且导致化学试剂残留，影响自组装涂层的整体性能。

因此，如何研究一种工艺简单、制备速度快、无需引入额外化学试剂、适用于平面、曲面及网面等基底表面的胶体颗粒自组装方法，是本领域技术人员亟待解决的技术问题。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供一种热诱导张力梯度驱动自组装涂层快速制备的方法，其包括以下步骤：将具有预定温度的基底按照预定速度竖直浸没到胶体溶液中，所述胶体溶液中形成温度梯度，所述温度梯度引发张力梯度，所述张力梯度驱动所述胶体溶液中的胶体颗粒向所述基底运动并吸附至所述基底表面，取出所述基底，干燥。

在某些实施方式中，所述的热诱导张力梯度驱动自组装涂层快速制备的方法中，所述胶体溶液包括溶剂和分散于所述溶剂中的胶体颗粒。

在某些实施方式中，所述的热诱导张力梯度驱动自组装涂层快速制备的方法中，所述溶剂为水或乙醇。

在某些实施方式中，所述的热诱导张力梯度驱动自组装涂层快速制备的方法中，所述胶体颗粒为聚四氟乙烯颗粒或纳米银颗粒。

在某些实施方式中，所述的热诱导张力梯度驱动自组装涂层快速制备的方法中，所述预定温度指高于所述胶体溶液温度，且低于所述胶体溶液沸点的温度。

在某些实施方式中，所述的热诱导张力梯度驱动自组装涂层快速制备的方法中，所述预定速度为1mm/s～2mm/s。

在某些实施方式中，所述的热诱导张力梯度驱动自组装涂层快速制备的方法中，所述基底浸没至所述胶体溶液后，按照0.1mm/s～0.3mm/s的速度取出。

在某些实施方式中，所述的热诱导张力梯度驱动自组装涂层快速制备的方法中，所述基底取出后干燥5min～30min。

在某些实施方式中，所述的热诱导张力梯度驱动自组装涂层快速制备的方法中，所述基底为有机材料、无机材料或金属材料，所述基底的表面为平面、曲面、网状表面或纤维状表面。

在某些实施方式中，所述的热诱导张力梯度驱动自组装涂层快速制备的方法中，所述基底预先经过清洗，清洗的具体过程为依次采用丙酮、乙醇、去离子水对所述基底表面进行清洗，各清洗10min，清洗完毕采用氩气吹干。

有益效果：

1.本发明所述的热诱导张力梯度驱动自组装涂层快速制备的方法，利用温度均匀的基底，便可以制备得到相应面积的胶体薄膜，工艺简便，制备速度快。

2.本发明所述的热诱导张力梯度驱动自组装涂层快速制备的方法对不同类型的基底有广泛的适用性，基底材料可以是有机、无机及金属材料，基底形状可以是平面、曲面、网状及纤维状等。

3.本发明所述的热诱导张力梯度驱动自组装涂层快速制备的方法对不同类型的胶体颗粒有广泛的适用性，胶体颗粒可以为聚四氟乙烯(PTFE)胶囊状颗粒或无机的纳米银(Ag)颗粒等。

4.本发明所述的热诱导张力梯度驱动自组装涂层快速制备的方法，无需引入额外化学试剂，制备的胶体涂层无化学试剂残留，符合“节能减排，绿色制造”的理念，具有良好的工程应用的前景。

附图说明

图1是本发明所述的热诱导张力梯度驱动自组装涂层快速制备的方法的流程图。

图2是本发明实施例1提供的硅片上自组装PTFE薄膜的电镜图。

图3是本发明实施例2提供的金属网上自组装PTFE薄膜的电镜图。

具体实施方式

现详细说明本发明的多种示例性实施方式，该详细说明不应认为是对本发明的限制，而应理解为是对本发明的某些方面、特性和实施方案的更详细的描述。

应理解本发明中所述的术语仅仅是为描述特别的实施方式，并非用于限制本发明。另外，对于本发明中的数值范围，应理解为具体公开了该范围的上限和下限以及它们之间的每个中间值。在任何陈述值或陈述范围内的中间值以及任何其他陈述值或在所述范围内的中间值之间的每个较小的范围也包括在本发明内。这些较小范围的上限和下限可独立地包括或排除在范围内。

除非另有说明，否则本文使用的所有技术和科学术语具有本发明所述领域的常规技术人员通常理解的相同含义。虽然本发明仅描述了优选的方法和材料，但是在本发明的实施或测试中也可以使用与本文所述相似或等同的任何方法和材料。本说明书中提到的所有文献通过引用并入，用以公开和描述与所述文献相关的方法和/或材料。在与任何并入的文献冲突时，以本说明书的内容为准。

关于本文中所使用的“包含”、“包括”、“具有”、“含有”等等，均为开放性的用语，即意指包含但不限于。关于本文中所使用的“和/或”，包括所述事物的任一或全部组合。除非另有说明，否则％指质量体积百分比。

本发明提供一种热诱导张力梯度驱动自组装涂层快速制备的方法，其包括以下步骤：

将具有预定温度的基底按照预定速度竖直浸没到胶体溶液中，所述胶体溶液中形成温度梯度，所述温度梯度引发张力梯度，所述张力梯度驱动所述胶体溶液中的胶体颗粒向所述基底运动并吸附至所述基底表面，取出所述基底，干燥。

具有预定温度的热的基底，且基底表面温度均匀，浸没至胶体溶液中后，靠近基底表面的胶体溶液受热温度升高，远离基底表面的胶体溶液温度低，溶液张力随温度降低而升高，在胶体溶液中产生温度梯度从而在一定范围内产生张力梯度。张力梯度进一步引发Marangoni效应，致使基底附近的胶体颗粒向基底表面快速运动并与基底表面接触，在范德华引力的作用下颗粒被吸附在基底表面形成所述颗粒自组装涂层。

上述方案中，将具有预定温度的基底完全浸没到胶体溶液中，便可以将基底取出，便形成颗粒的自组装涂层，工艺简单，制备迅速，成本低。

上述方案中，还包括将基底加热至预定温度的步骤，其具体为将基底固定至加热装置表面，利用加热装置对基底进行加热，当基底加热至预定温度后，恒温保持。

上述方案中，所述胶体溶液包括溶剂和分散于所述溶剂中的胶体颗粒。在某些实施例中，所述溶剂为水或乙醇。在某些实施例中，所述胶体颗粒为聚四氟乙烯颗粒或纳米银颗粒。

上述方案中，所述预定温度指高于所述胶体溶液温度，且低于所述胶体溶液沸点的温度。

上述方案中，所述预定速度为1mm/s～2mm/s。在某些实施例中，所述预定速度为1mm/s、1.5mm/s或2mm/s。

上述方案中，所述基底浸没至所述胶体溶液后，按照0.1mm/s～0.3mm/s的速度取出。例如，按照0.1mm/s、0.2mm/s或0.3mm/s的速度取出。

上述方案中，所述基底取出后干燥5min～30min。例如，所述基底取出后干燥5min、8min、10min、12min、15min、17min、20min、22min、25min、27min或30min。

上述方案中，所述基底为有机材料、无机材料或金属材料，所述基底的表面为平面、曲面、网状表面或纤维状表面。

上述方案中，所述基底在加热前预先经过清洗，清洗的具体过程为依次采用丙酮、乙醇、去离子水对所述基底表面进行清洗，各清洗10min，清洗完毕采用氩气吹干。

实施例

实施例1

以硅片作为基底，将硅片依次采用丙酮、乙醇、去离子水各清洗10min，清洗完毕采用氩气吹干。

将基底固定于加热装置表面，利用加热装置加热基底至60℃后恒温保持。

制备胶体溶液，以水为溶剂，选取质量分数为60％聚四氯乙烯(PTFE)分散液，用溶剂将PTFE分散液稀释成聚四氯乙烯颗粒质量分数9％的分散液，超声混合5min，得到胶体溶液。

将基底以2mm/s的速度竖直完全浸没到上述胶体溶液中，以0.2mm/s的速度将基底竖直取出，并放入烘干干燥箱中干燥5-30min。经扫描电子显微镜表征，发现硅片被PTFE颗粒覆盖(如图2所示)。

通过本发明所述的方法，在硅片上通过自组装的方式涂覆PTFE颗粒，使得硅片表面具有许多优异的性能，例如覆盖PTFE涂层的基底具有耐腐蚀、耐老化等特性。

实施例2

本实施例与所述实施例2基本相同，不同之处在于基底为金属网。经扫描电子显微镜表征，金属网中的单根金属丝被PTFE颗粒覆盖(如图3所示)。说明该方法适用于曲面及网状面。

在不背离本发明的范围或精神的情况下，可对本发明说明书的具体实施方式做多种改进和变化，这对本领域技术人员而言是显而易见的。由本发明的说明书得到的其他实施方式对技术人员而言是显而易见得的。本申请说明书和实施例仅是示例性的。