CN103396573A - 一种复合纳米薄膜的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种复合纳米薄膜的制备方法，属于电子薄膜材料领域，首先将氧化石墨烯量子点采用LB膜的方法组装于基片上，然后将导电聚合物采用旋涂的方式沉积于氧化石墨烯量子点上，从而形成一种导电聚合物紧密包裹氧化石墨烯量子点的复合纳米薄膜。本发明所提供的氧化石墨烯量子点/导电聚合物复合纳米薄膜制备技术克服了现有技术中所存在的缺陷，易于实现大面积成膜，并且制备方法合理简单、易于操作。

Description

一种复合纳米薄膜的制备方法
技术领域
本发明涉及电子薄膜材料领域，具体涉及基于氧化石墨烯量子点和导电聚合物的复合纳米薄膜的制备方法。 
背景技术
氧化石墨烯GO作为石墨烯制备的前驱物具有很好的溶液加工性。近年来，新构型的GO复合纳米材料的研究和开发已成为功能材料研究领域的热点。
氧化石墨烯量子点(Graphene oxide quantum dot, GOQD)是准零维的纳米材料，其内部电子在各方向上的运动都受到局限，所以量子局限效应特别显著，具有许多独特的性质。石墨烯量子点在生物、医学、材料、新型半导体器件等领域具有重要潜在应用。
羧基改性的GOQD在功能化GO的制备中占有重要地位，通过GO表面活泼羧基的酰胺化或酯化反应，可使各种有机小分子、高分子、生物大分子以及含有活泼基团的功能材料被共价键合到氧化石墨烯上，同时功能化基团的荷电性也为氧化石墨烯的层层组装提供了条件。
导电聚合物/GOQD插层复合纳米结构的性能主要体现在两者的协同效应，因此，GOQD能够纳米级有序分散于导电聚合物层间十分关键。我们注意到，目前方法所制备的导电聚合物/ GOQD复合材料中，GOQD大多处于一种无序的状态，对复合物中有关GOQD材料分布有序性及松散程度问题尚缺少足够的认识。另外，目前所制备的导电聚合物/GOQD插层结构中导电聚合物厚度可控性不高，难以形成超薄的导电聚合物层。因此，不仅要实现GOQD的纳米级有序分散，能否在GOQD层间形成超薄的导电聚合物也是制约这种层状复合结构性能的重要因素。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明的目的在于如何提供一种复合纳米薄膜的制备方法，该方法所制备的基于LB膜的 复合纳米结构克服了氧化石墨烯量子点GOQD分布无序，导电聚合物厚度可控性不高，难以形成超薄的导电聚合物的技术缺陷。
本发明的发明原理为: 首先将氧化石墨烯量子点采用LB膜的方法组装于基片上，然后将导电聚合物采用旋涂的方式沉积于氧化石墨烯量子点上，从而形成一种导电聚合物紧密包裹氧化石墨烯量子点的复合纳米薄膜，
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
一种复合纳米薄膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
①将氧化石墨烯量子点分散于有机溶剂中，形成氧化石墨烯量子点分散溶液； 
②将氧化石墨烯量子点分散溶液滴加于LB膜槽中的超纯水溶液表面，氧化石墨烯量子点分散铺展于超纯水表面；
③控制LB膜设备滑障压缩氧化石墨烯量子点膜到成膜膜压，形成高密度有序排列氧化石墨烯量子点薄膜结构，并采用水平成膜的方式将氧化石墨烯薄膜转移至ITO基片表面；
④将3，4乙烯二氧噻吩和甲基苯磺酸铁加入无水乙醇溶剂，获得导电聚合物聚3，4-乙烯二氧噻吩溶液；
⑤采用旋涂方法将步骤④获得的溶液沉积于氧化石墨烯量子点薄膜上，形成氧化石墨烯量子点/导电聚合物复合纳米薄膜。
按照本发明提供的复合纳米薄膜的制备方法，其更具体的步骤为：
①将羧基化氧化石墨烯量子点分散于N,N-二甲基乙酰胺中，羧基化氧化石墨烯量子点的浓度为5～7mg/ml，形成用于LB膜制备的氧化石墨烯量子点分散液；
②将3，4乙烯二氧噻吩和甲基苯磺酸铁加入无水乙醇溶剂，形成用于旋涂的聚3，4-乙烯二氧噻吩溶液，其中3，4乙烯二氧噻吩和甲基苯磺酸铁的质量比为1：4。
③采用微量进样器抽取400～600 μl 步骤①获得的溶液滴加于LB膜槽中的超纯水溶液表面，待N,N-二甲基乙酰胺挥发30 min后开始压膜；
④控制LB膜设备滑障以0.5-1 mm/min的速度压缩氧化石墨烯膜到膜压20-25 mN/m，采用水平成膜的方式将氧化石墨烯量子点膜转移至硅基片上，成膜速率为0.3-0.5 mm/min；
⑤将沉积了氧化石墨烯量子点膜的基片置于旋涂仪上，采用旋涂的方法将步骤②获得的溶液旋涂于氧化石墨烯量子点薄膜上，形成氧化石墨烯量子点/导电聚合物复合纳米薄膜。
按照本发明提供的复合纳米薄膜的制备方法，其特征在于，所述氧化石墨烯量子点为羧基化或氨基化的氧化石墨烯片，其片径小于100nm。
按照本发明提供的复合纳米薄膜的制备方法，其特征在于，所述有机溶机为N,N-二甲基乙酰胺。
按照本发明提供的复合纳米薄膜的制备方法，其特征在于，所述导电聚合物溶液为聚3，4-乙烯二氧噻吩、聚吡咯、聚苯胺等形成的化学原位溶液，溶液在成膜的过程中聚合物单体亦能发生聚合。
按照本发明提供的复合纳米薄膜的制备方法，其特征在于，通过制备不同层数的氧化石墨烯量子点膜，可以获得不同厚度的氧化石墨烯量子点/导电聚合物薄膜。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
一、本发明所提供的复合纳米薄膜的制备方法，基于氧化石墨烯量子点纳米结构，其可以通过LB沉积方法制备于基片上，可以通过调整石墨烯量子点片层之间的间隙来获得不同紧密排列的氧化石墨烯石墨烯量子点排布；再通过化学原位聚合沉积的方式使得导电聚合物紧密包裹氧化石墨烯量子点。
二、本发明提供的复合纳米薄膜具有导电性好、电化学活性高的优点。
附图说明
图1为本发明制备的复合纳米薄膜的结构示意图；
附图标记：1为基片、2为氧化石墨烯量子点膜、3为导电聚合物。
具体实施方式
下面将结合附图及具体实施方式对本发明作进一步的描述。
本发明的特点是通过LB膜方法首先获得紧密排列的氧化石墨烯量子点膜，然后通过化学原位溶液聚合方法在氧化石墨烯量子点上沉积导电聚合物，整个复合膜的结构可以通过氧化石墨烯量子点层数来控制。
依托成熟的LB膜成膜、化学原位聚合沉积方法，本发明制备的基于氧化石墨烯量子点的复合纳米薄膜可以制备于多种基片上包括柔性基底，并实现大面积薄膜结构。
采用本发明制备的一些柔性复合纳米薄膜结构举例如下：
①聚苯胺/氧化石墨烯量子点复合纳米结构；
②聚3,4-乙烯二氧噻吩/氧化石墨烯量子点复合纳米结构；
③聚吡咯/氧化石墨烯量子点复合纳米结构；
以下是本发明的具体实施例：
实施例1
制备方法如下：
①将羧基化氧化石墨烯量子点分散于N,N-二甲基乙酰胺中，氧化石墨烯量子点的浓度为5-7mg/ml，形成用于LB膜制备的氧化石墨烯量子点分散液；
②将3，4乙烯二氧噻吩和甲基苯磺酸铁加入无水乙醇溶剂，获得用于旋涂的聚3，4-乙烯二氧噻吩溶液。3，4乙烯二氧噻吩和甲基苯磺酸铁的质量比为1：4。
③采用微量进样器抽取400-600 μl ①获得的溶液滴加于LB膜槽中的超纯水溶液表面，待N,N-二甲基乙酰胺挥发30 min后开始压膜，此时在气/液界面已形成氧化石墨量子点烯膜；
④控制LB膜设备滑障以0.5-1 mm/min的速度压缩氧化石墨烯膜到膜压20-25 mN/m，采用水平成膜的方式将氧化石墨烯量子点膜转移至硅基片上，成膜速率为0.3-0.5 mm/min；
⑤将沉积了氧化石墨烯量子点膜的基片置于旋涂仪上，采用旋涂的方法将②获得的溶液旋涂于氧化石墨烯量子点薄膜上； 
由①-⑤步骤获得了聚3，4-乙烯二氧噻吩包裹氧化石墨烯量子点的复合纳米薄膜结构。
实施例2
如图1，导电聚合物为聚吡咯。
复合纳米结构的制备流程与实施方式1相似。
从而获得了聚吡咯包裹氧化石墨烯量子点的复合纳米薄膜结构。
实施例3
如图1，导电聚合物为聚苯胺。
复合纳米结构的制备流程与实施方式1相似。
从而获得了聚苯胺包裹氧化石墨烯量子点的复合纳米薄膜结构。
实施例4
如图1，导电聚合物为聚噻吩。
复合纳米结构的制备流程与实施方式1相似。
从而获得了聚噻吩包裹氧化石墨烯量子点的复合纳米薄膜结构。

Claims (5)

1.一种复合纳米薄膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
①将氧化石墨烯量子点分散于有机溶剂中，形成氧化石墨烯量子点分散溶液； 
②将氧化石墨烯量子点分散溶液滴加于LB膜槽中的超纯水溶液表面，氧化石墨烯量子点分散铺展于超纯水表面；
③控制LB膜设备滑障压缩氧化石墨烯量子点膜到成膜膜压，形成高密度有序排列氧化石墨烯量子点薄膜结构，并采用水平成膜的方式将氧化石墨烯薄膜转移至ITO基片表面；
④将3，4乙烯二氧噻吩和甲基苯磺酸铁加入无水乙醇溶剂，获得导电聚合物聚3，4-乙烯二氧噻吩溶液；
⑤采用旋涂方法将步骤④获得的溶液沉积于氧化石墨烯量子点薄膜上，形成氧化石墨烯量子点/导电聚合物复合纳米薄膜。
2.根据权利要求1所述的复合纳米薄膜的制备方法，其特征在于，更具体的步骤为：
①将羧基化氧化石墨烯量子点分散于N,N-二甲基乙酰胺中，羧基化氧化石墨烯量子点的浓度为5～7mg/ml，形成用于LB膜制备的氧化石墨烯量子点分散液；
②将3，4乙烯二氧噻吩和甲基苯磺酸铁加入无水乙醇溶剂，形成用于旋涂的聚3，4-乙烯二氧噻吩溶液，其中3，4乙烯二氧噻吩和甲基苯磺酸铁的质量比为1：4。
③采用微量进样器抽取400～600 μl 步骤①获得的溶液滴加于LB膜槽中的超纯水溶液表面，待N,N-二甲基乙酰胺挥发30 min后开始压膜；
④控制LB膜设备滑障以0.5-1 mm/min的速度压缩氧化石墨烯膜到膜压20-25 mN/m，采用水平成膜的方式将氧化石墨烯量子点膜转移至硅基片上，成膜速率为0.3-0.5 mm/min；
⑤将沉积了氧化石墨烯量子点膜的基片置于旋涂仪上，采用旋涂的方法将步骤②获得的溶液旋涂于氧化石墨烯量子点薄膜上，形成氧化石墨烯量子点/导电聚合物复合纳米薄膜。
3.根据权利要求1所述的复合纳米薄膜的制备方法，其特征在于，所述氧化石墨烯量子点为羧基化或氨基化的氧化石墨烯片，其片径小于100nm。
4.根据权利要求1所述的复合纳米薄膜的制备方法，其特征在于，所述有机溶机为N,N-二甲基乙酰胺。
5.根据权利要求1所述的复合纳米薄膜的制备方法，其特征在于，通过制备不同层数的氧化石墨烯量子点膜，获得不同厚度的氧化石墨烯量子点/导电聚合物薄膜。
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