CN109021263A - 基于原位起皱与拉伸回缩构建多级形貌聚吡咯薄膜的方法 - Google Patents

基于原位起皱与拉伸回缩构建多级形貌聚吡咯薄膜的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于原位起皱与拉伸回缩构建具有多级形貌的聚吡咯薄膜的方法，首先，制得PDMS基底，并将PDMS基底置于拉伸台上，预拉伸一定程度，最大不超过20％；然后，在拉伸后的PDMS基底表面沉积一定厚度的聚吡咯(PPy)薄膜，最后将PDMS基底缓慢回缩至初始状态可得到具有多级皱纹结构的PPy薄膜。本发明中，通过调节拉伸程度，可得到具有不同表面形貌的PPy薄膜材料。本发明利用简单的操作方式，得到了导电聚合物的多级形貌，避免了之前光刻等图案化发法操作复杂、制备时间较长，花费高昂、图案不均匀、小面积等缺点。

Description

基于原位起皱与拉伸回缩构建多级形貌聚吡咯薄膜的方法
技术领域
本发明涉及具有多级皱纹结构聚合物薄膜的制备。
背景技术
具有表面图案化聚吡咯薄膜材料已引起了人们的广泛关注，并且也被广泛地应用于人们的生活中，如超疏水材料及柔性电子器件等。传统的方法制备的PPy薄膜一般只能具有二级结构，这限制了其应用范围，如果能够获得具有多级结构的表面图案化的PPy薄膜，就能有效的增加PPy薄膜的比表面积，进而可以拓展其应用领域。通过模板复制的方法可以制备具有多级结构的PPy薄膜，但是由于模板法制备过程复杂，成本高，严重限制了它的应用前景。近年来，通过拉伸回缩诱导产生多级结构的方法吸引了人们的广泛关注，因其操作简便且具有一定的可控性而受到越来越多的重视。
发明内容
针对上述现有技术，一种基于原位起皱与拉伸回缩构建具有多级形貌的聚吡咯薄膜的方法。本发明选用弹性材料PDMS为基底，首先在拉伸台上预拉伸一定程度，然后在其表面沉积一定厚度的PPy薄膜，最后将PDMS基底缓慢回缩至初始状态，从而得到具有多级皱纹形貌PPy薄膜。通过调节拉伸程度，可得到具有不同表面形貌的PPy薄膜材料。本发明利用简便快捷的操作方式成功实现了快速制备具有多级皱纹结构的PPy薄膜的方法，从而避免了复杂繁琐的操作步骤，较长的制备时间与高昂的设备以及实验耗材的损耗。
为解决上述技术问题，本发明提出的一种基于原位起皱与拉伸回缩构建具有多级形貌的聚吡咯薄膜的方法，包括以下步骤：
步骤一：将PDMS预聚体与交联剂按照质量比为10:1混合后，倒入离心管中，用玻璃棒搅拌形成均匀的混合物；
步骤二：将PDMS预聚体与交联剂的混合物进行真空脱气处理1h后倒入方形容器中，并均匀地分布；
步骤三：将倒入容器中的预聚体与交联剂的混合物进行真空脱气处理30～60min，后放入烘箱中，在70℃下加热固化4h，得到PDMS基底；
步骤四：将PDMS基底置于拉伸台上，预拉伸一定程度，最大不超过20％；
步骤五：按照质量体积比为6.5～7mg/ml将吡咯单体溶解在盐酸中，超声混匀得到溶液A，按照质量体积比为30～35mg/ml将氯化铁溶解在盐酸中，超声混匀得到溶液B；
步骤六：将步骤五制得的溶液A转移至盛放有PDMS基底的容器中，然后加入步骤五制得的溶液B，溶液A与溶液B的体积比为1:1，均匀混合后，在2～5℃的冰箱内反应7h；
步骤七：反应结束后从冰箱中取出容器，倒去残余液体，并用蒸馏水冲洗干净，干燥；
步骤八：将PDMS基底缓慢回缩至初始状态，最后得到具有多级形貌的聚吡咯薄膜。
本发明中，所得聚吡咯薄膜表面形貌的皱纹周期与步骤四中预拉伸程度成正比。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明提供的一种快速制备具有多级皱纹结构的聚吡咯(PPy)薄膜的方法，通过简单的控制预拉伸的程度，可制备出具有不同表面形貌的PPy薄膜，具有简单、快捷、重复性好等特点，避免了制备过程复杂、设备昂贵、效率低等缺点，在表面疏水材料，微电路的构筑等领域有潜在的应用前景。
附图说明
图1为本发明实施例1得到的拉伸率为5％的聚吡咯薄膜的光学显微镜图片；
图2为本发明实施例2得到的拉伸率为10％的聚吡咯薄膜的光学显微镜图片。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明技术方案作进一步详细描述，所描述的具体实施例仅对本发明进行解释说明，并不用以限制本发明。
实施例1：制备聚吡咯(PPy)薄膜，采用基于原位起皱与拉伸回缩构建具有多级形貌的聚吡咯薄膜的方法，步骤如下：
步骤一：将PDMS预聚体与交联剂按照质量比为10:1混合后，倒入离心管中，用玻璃棒搅拌形成均匀的混合物；
步骤二：将PDMS预聚体与交联剂的混合物进行真空脱气处理1h后倒入方形培养皿中，并使之在培养皿中均匀地分布；
步骤三：将倒入培养皿中的预聚体与交联剂的混合物进行真空脱气处理30min，后放入烘箱中，在70℃下加热固化4h，制得PDMS基底；
步骤四：将上述PDMS基底置于拉伸台上，预拉伸5％；
步骤五：将0.2013g吡咯单体溶解在30ml的盐酸中，而后将0.9732g的氯化铁溶解在30ml的盐酸中，并超声混匀；
步骤六：将上述制备好的吡咯溶液转移至PDMS培养皿中，然后，按照体积比为1:1加入上述配制好的氯化铁溶液，使其均匀混合；将该培养皿放入冰箱中(温度在2～5℃)反应7h；
步骤七：反应结束后从冰箱中取出培养皿，倒去残余液体，并用蒸馏水冲洗干净，后用洗耳球吹干；
步骤八：将PDMS基底缓慢回缩至初始状态，最后可得到具有多级皱纹结构的PPy薄膜，如图1所示。
实施例2：制备PPy薄膜，实施例2中，除了步骤四与实施例1中的步骤不同，其他步骤均相同。在步骤四中，将拉伸程度调整为10％，得到的PPy薄膜材料如图2所示。
本发明是利用拉伸回缩的方法在PDMS基底上沉积PPy薄膜，通过应力的释放最终得到具有多级皱纹结构的PPy薄膜。通过调整不同的拉伸程度可得到不同表面形貌的自由PPy薄膜，通过控制其中预拉伸的程度，从而得到具有不同表面形貌的PPy薄膜，拉伸程度越大，所得到的PPy薄膜大尺度皱纹的周期越大。本发明方法克服了之前制备过程复杂，过程可控性差的缺点。
尽管上面结合附图对本发明进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨的情况下，还可以做出很多变形，这些均属于本发明的保护之内。

Claims (2)

1.一种基于原位起皱与拉伸回缩构建具有多级形貌的聚吡咯薄膜的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：将PDMS预聚体与交联剂按照质量比为10:1混合后，倒入离心管中，用玻璃棒搅拌形成均匀的混合物；
步骤二：将PDMS预聚体与交联剂的混合物进行真空脱气处理1h后倒入方形容器中，并均匀地分布；
步骤三：将倒入容器中的预聚体与交联剂的混合物进行真空脱气处理30～60min，后放入烘箱中，在70℃下加热固化4h，得到PDMS基底；
步骤四：将PDMS基底置于拉伸台上，预拉伸一定程度，最大不超过20％；
步骤五：按照质量体积比为6.5～7mg/ml将吡咯单体溶解在盐酸中，超声混匀得到溶液A，按照质量体积比为30～35mg/ml将氯化铁溶解在盐酸中，超声混匀得到溶液B；
步骤六：将步骤五制得的溶液A转移至盛放有PDMS基底的容器中，然后加入步骤五制得的溶液B，溶液A与溶液B的体积比为1:1，均匀混合后，在2～5℃的冰箱内反应7h；
步骤七：反应结束后从冰箱中取出容器，倒去残余液体，并用蒸馏水冲洗干净，干燥；
步骤八：将PDMS基底缓慢回缩至初始状态，最后得到具有多级形貌的聚吡咯薄膜。
2.根据权利要求1所述基于原位起皱与拉伸回缩构建具有多级形貌的聚吡咯薄膜的方法，其特征在于，所得聚吡咯薄膜表面形貌的皱纹周期与步骤四中预拉伸程度成正比。
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