CN111474171A - 一种评估聚合物基自修复膜自修复能力的方法 - Google Patents

一种评估聚合物基自修复膜自修复能力的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种评估聚合物基自修复膜自修复能力的方法，是将聚合物基自修复膜进行制样—刻蚀—自修复—测量过程，当测量结果不合规时，即当裂纹形貌目视存在明显裂纹或者D大于阈值K时，则重新进行制样—刻蚀—自修复—测量的过程，且刻蚀的特定裂纹结构为上一次刻蚀中的自修复能力下一等级对应的结构；当测量结果合规时，即当裂纹形貌目视无明显裂纹且D小于等于阈值K时，则聚合物基自修复膜的自修复能力等级为该次刻蚀中的特定裂纹结构所对应的等级；特定裂纹结构由具有相同间距的裂纹构成，每个裂纹的尺寸用直径和深度或者宽度和深度表示；自修复能力等级分为优、良、中、差四个等级。

Description

一种评估聚合物基自修复膜自修复能力的方法
技术领域
本发明属于复合材料评价技术领域，涉及一种评估聚合物基自修复膜自修复能力的方法。
背景技术
具有自修复功能的聚合物基复合材料可以模仿生物体损伤自愈合的机理，从而可以对材料加工或使用过程中肉眼难以发现的微观裂纹进行自修复。各项性能已经达到工程材料指标要求的聚合物材料，在使用过程中不可避免地会产生裂纹，进而在使用过程中包藏着隐患，直至丧失使用价值。裂纹的早期修复，特别是自修复是一个现实而重要的问题。因此在材料使用前对其自修复性能进行评估是尤为重要的，既可以更好地保护材料，使其免受环境的损伤，也可以通过评估结果选择合适的自修复材料以确保材料安全有效长期的使用，从而消除隐患。
目前，关于具有自修复功能的聚合物基复合材料的自修复过程，大多是使用手术刀或刀片切割出裂纹来研究它们的自修复能力。但是，这种过程中存在如下问题：(1)切割出的裂纹不是纳米及亚微米尺寸的裂纹；(2)切割出的裂纹的深度、宽度和位置无法精确控制，不能进行复杂可控形貌裂纹的构建；(3)在具有自修复功能的聚合物基复合材料的同一个位置进行多次精准裂纹的构建难以实现。上述问题使得研究聚合物基材料的自修复性能受到限制，也很难系统地比较不同聚合物基材料的自修复能力的大小。
因此，有必要开发一种新的方法来评估具有自修复功能的聚合物基复合材料的的自修复能力的大小，进而促进聚合物基材料的自修复性能研究的发展，有助于在一些重要工程和尖端技术领域延长材料的使用寿命，同时减轻使用过程中潜在的危害。
发明内容
本发明提供一种评估聚合物基自修复膜自修复能力的方法，目的是对聚合物基自修复膜进行自修复能力的评估以及比较(评价)不同自修复膜的自修复能力；具体是：将聚合物基自修复膜进行制样—刻蚀—自修复—测量过程，其中，刻蚀形成的特定裂纹结构与设定的自修复能力等级的裂纹尺寸的临界值对应，并通过对自修复后的聚合物基自修复膜的裂纹形貌和上表面粗糙度值D进行测量，并判断其是否完成自修复，若某一等级临界值对应的裂纹结构无法完成自修复，则重新进行取样进行下一等级的测试，直至能够完成自修复，则其对应的裂纹结构对应的等级即为该聚合物基自修复膜的自修复能力等级。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种评估聚合物基自修复膜自修复能力的方法，将聚合物基自修复膜进行制样—刻蚀—自修复—测量过程，当测量结果合规时，将刻蚀中特定裂纹结构对应的自修复能力等级记为评估结果；具体步骤如下：
(1)制样：对聚合物基自修复膜进行无损切割使得聚合物基自修复膜的尺寸标准化；
(2)刻蚀：对聚合物基自修复膜进行刻蚀使得聚合物基自修复膜上表面形成特定裂纹结构；所述的特定裂纹结构为自修复能力等级之一对应的结构；
(3)自修复：将刻蚀后的聚合物基自修复膜静置进行自修复；
(4)测量：得出自修复后的聚合物基自修复膜的裂纹形貌和上表面粗糙度值D；
当裂纹形貌目视存在明显裂纹或者D大于阈值K时，则重新选择制样的膜进行刻蚀—自修复—测量的过程，且刻蚀的特定裂纹结构为上一次刻蚀中的自修复能力下一等级对应的结构；
所述当测量结果合规时，即当裂纹形貌目视无明显裂纹且D小于等于阈值K时，则聚合物基自修复膜的自修复能力等级为该次刻蚀中的特定裂纹结构所对应的等级；
所述特定裂纹结构由具有相同间距(该间距远远小于每个裂纹的尺寸，使其对自修复性能的影响可以忽略不计，该间距的尺寸为10nm-50μm)的裂纹构成，每个裂纹的尺寸用直径a和深度c或者宽度b和深度c表示；(当需要对多张膜进行自修复能力比较时，各种膜刻蚀后形成的裂痕的直径、深度或宽度和深度一致。)间距与最初所使用的的模板尺寸有关，周期减去直径或宽度即为间距。对于微球模板和金圆孔模板而言，周期即为最初使用的微粒的直径(金和银纳米粒子除外)，对于金圆盘、金条带模板而言，周期即为最初光刻时所使用的模板的周期。
所述自修复能力等级及其判定为：
优，对应的特定裂纹结构中裂纹的尺寸为a1和c1或者b1和c1时，能完成自修复；
良，对应的特定裂纹结构中裂纹的尺寸为a2和c2或者b2和c2时，能完成自修复；
中，对应的特定裂纹结构中裂纹的尺寸为a3和c3或者b3和c3时，能完成自修复；
差，对应的特定裂纹结构中裂纹的尺寸为a3和c3或者b3和c3时，不能完成自修复。
作为优选的技术方案：
所述的一种评估聚合物基自修复膜自修复能力的方法，所述无损切割采用的是玻璃刀或手术刀片。对于在基底上的样品可以采用玻璃刀进行切割，对于没有在基底上的样品可以采用手术刀片进行切割。
所述膜的尺寸标准化是指膜的厚度大于特定裂纹结构的深度，长度为5mm～10cm，宽度为5mm～10cm；
所述的50μm≤a1，50μm≤b1，50μm≤c1；
所述的5μm≤a2＜50μm，5μm≤b2＜50μm，5μm≤c2＜50μm；
所述的1μm≤a3＜5μm，1μm≤b3＜5μm，1μm≤c3＜5μm。
上述的直径a和深度c或者宽度b和深度c在特定的情景中，对应不同的等级取定值。在不同的情景中，对应的值可能不相同也可能相同。
如上所述的一种评估聚合物基自修复膜自修复能力的方法，所述的聚合物基自修复膜为支化聚乙烯基亚胺和聚丙烯酸多层膜、支化聚乙烯基亚铵和聚乳酸多层膜、聚乙烯醇-聚丙烯酸自修复水凝胶电解质膜、聚丙烯酸和2-(二乙氨基)甲基丙烯酸乙酯聚离子复合物水凝胶膜、多巴胺-氧化海藻酸钠和聚丙烯酰胺水凝胶膜、偏二氟乙烯和六氟丙烯的共聚物膜、环糊精的超分子水凝胶膜、含环氧丙烷的壳聚糖膜、硝基多巴胺修饰的壳聚糖膜、接枝聚6-丙烯酰胺基己酸的海藻酸膜或者含丙烯酰胺的海藻酸膜。
如上所述的一种评估聚合物基自修复膜自修复能力的方法，所述刻蚀中的聚合物基自修复膜还置于一个基底上，该基底为硅基底、玻璃基底或者石英基底。
如上所述的一种评估聚合物基自修复膜自修复能力的方法，所述的刻蚀采用的刻蚀模板为二氧化硅微球、聚苯乙烯微球、金纳米粒子、银纳米粒子、金纳米孔阵列膜、金圆盘或者金微米条带。刻蚀模板在刻蚀后采用对应的刻蚀剂进行刻蚀移除。
不同模板所能构建裂纹的尺寸范围表
刻蚀模板 特定裂纹结构 尺寸
二氧化硅微球 微纳米柱 直径：300nm～1μm
金属纳米粒子 微纳米柱 直径：10nm～300nm
聚苯乙烯微球 微纳米锥 底部直径：200nm～5μm
金纳米孔阵列膜 微纳米肼 直径：200nm～5μm
金微米条带 微纳米条带 宽度：大于500nm
金圆盘 微纳米柱 直径：大于500nm
如上所述的一种评估聚合物基自修复膜自修复能力的方法，二氧化硅微球的直径为300nm～1μm，聚苯乙烯微球的直径为500nm～5μm，金纳米粒子或银纳米粒子的直径为10～300nm；所述金纳米孔的直径为200nm～5μm，所述金圆盘的直径为500nm～50μm，所述金微米条带的宽度为500nm～500μm。
如上所述的一种评估聚合物基自修复膜自修复能力的方法，所述的静置为将聚合物基自修复膜置于温度为20～25℃的自修复环境中进行自修复30min；自修复环境为去离子水、空气或者紫外光；在聚合物基自修复膜所对应的自修复条件下，该条件可以使得产生裂纹结构的自修复膜完成自修复。
所述的测量采用的设备是原子力显微镜和扫描电子显微镜。原子力显微镜可以测量聚合物基自修复膜上表面粗糙度值D，裂纹形貌可以由原子力显微镜或者扫描电子显微镜测量。
如上所述的一种评估聚合物基自修复膜自修复能力的方法，刻蚀采用的是等离子刻蚀技术。
如上所述的一种评估聚合物基自修复膜自修复能力的方法，所述的每个裂纹为微纳米柱、微纳米锥、微纳米肼或者微纳米条带；
所述微纳米柱的直径为10nm～50μm、深度为1～50μm，所述微纳米锥的底部直径为200nm～5μm、深度为200nm～10μm，所述微纳米肼的直径为200nm～5μm、深度为1～30μm，所述微纳米条带的宽度为500nm～500μm、深度为1～500μm。裂纹结构的尺寸与对应的聚合物基自修复膜的厚度和所使用的的模板尺寸有关，(1)对于微纳米柱而言，微纳米柱的直径与所使用的刻蚀后的微纳米球直径和所使用的金圆盘的直径一致，微纳米柱的深度与聚合物基自修复膜的厚度和刻蚀时间有关，刻蚀时间越长，微纳米柱的深度越大；(2)对于微纳米锥而言，其底部直径小于等于所使用的的微球的直径，深度与聚合物基自修复膜的厚度和刻蚀时间有关，刻蚀时间越长，微纳米锥的深度越大；(3)对于微纳米肼而言，其直径与所用的金孔膜中金孔的直径一致，深度与聚合物基自修复膜的厚度和刻蚀时间有关，刻蚀时间越长，微纳米肼的深度越大；(4)对于微纳米条带而言，条带的宽度与所使用的金纳米条带模板的宽度一致，深度与聚合物基自修复膜的厚度和刻蚀时间有关，刻蚀时间越长，微纳米条带的深度越大。
如上所述的一种评估聚合物基自修复膜自修复极限的方法，所述的阈值K为100nm。该值是为了保证其具有更好的自修复能力(K值越低，则自修复能力越好)，即修复之后的膜层更加平整。
本发明的原理如下：
本发明限定了膜层的厚度以及膜层的间距，由于当裂纹的尺寸过大，即使膜的量足够，如果聚合物有很强的流动性则可以填充，如果聚合物流动性不强，无法流动到划痕处，即使填充也是部分填充不能完全填充，因此无法完全自修复。
本发明利用等离子刻蚀和光刻技术，可以在聚合物基复合材料上进行直径、深度、宽度和周期可控的划痕的制备。利用此方法可以研究自修复膜的自修复能力，也可以通过控制刻蚀的裂纹结构的一致来比较不同自修复膜的自修复能力。
有益效果：
(1)本发明的一种评估聚合物基自修复膜自修复能力的方法，能够精确的制备出可控尺寸(深度、直径/宽度和周期)的裂纹用于研究其自修复能力；
(2)本发明的一种评估聚合物基自修复膜自修复能力的方法，能够在不同膜层上制备出相同尺寸(深度、直径/宽度和周期)的裂纹用于比较不同膜层的自修复能力。
附图说明
图1为实施例6中聚合物基自修复膜及刻蚀模板的微观形貌图，其中，标尺尺寸为2μm；
图2为实施例9中聚合物基自修复膜及刻蚀模板的微观形貌图，其中，标尺尺寸为10μm；
图3为聚合物基自修复膜进行刻蚀—自修复的工艺流程示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
下述实施例中，
(1)当特定裂纹结构为微米柱时，制样后和刻蚀时的步骤如下：
制样后：制备金圆盘：首先通过光刻的方法得到一定孔径的光刻胶圆孔阵列结构，在其上方灌注聚二甲基硅氧烷(PDMS)，60℃加热3小时翻制得到直径与微米柱直径相同的PDMS圆盘结构；然后在其上方沉积厚度为50nm的金；将沉积有金的PDMS膜压到切割后的聚合物基自修复膜表面；
刻蚀时：对上表面有刻蚀模板的膜采用刻蚀聚合物的工艺进行刻蚀使得膜上形成特定裂纹结构。
(2)当特定裂纹结构为微纳米条带时，制样后和刻蚀时的步骤如下：
制样后：制备金微米条带：在基底上旋涂一层光刻胶，然后采用宽度与条带宽度相同的条带为掩板进行光刻，得到光刻胶的微条带阵列结构，将聚二甲基硅氧烷(PDMS)浇筑到微条带结构上，在烘箱中加热固化，再揭起既可以得到与微条带凸起相反的PDMS条带结构，在其上方沉积一层金，调控压力将沉积有金的结构压到具有自修复功能的聚合物基复合材料上，即可以在自修复的聚合物上方得到周期性的金条带结构得到一定宽度的金微米条带；
将沉积有金的PDMS条带压到切割后的聚合物基自修复膜表面；
刻蚀时：对上表面有刻蚀模板的膜采用刻蚀聚合物的工艺进行刻蚀使得膜上形成特定裂纹结构。
(3)当特定裂纹结构为微纳米肼时，制样后和刻蚀时的步骤如下：
制样后：制备金纳米孔阵列膜：在石英基底上组装一定直径的六方紧密堆积的聚苯乙烯微球，利用等离子刻蚀技术将聚苯乙烯微球，刻蚀后直径与纳米肼的直径相同，然后在其上方沉积厚度为30nm的金，最后除去聚苯乙烯微球即可以得到金纳米孔阵列膜(简称为金孔膜)；
将金纳米孔阵列膜置于切割后的聚合物基自修复膜表面；
刻蚀时：对上表面有刻蚀模板的膜采用刻蚀聚合物的工艺进行刻蚀使得膜上形成特定裂纹结构。
(4)当特定裂纹结构为微米锥时，制样后和刻蚀时的步骤如下：
制样后：将一定直径(大于微米锥的底部直径)的六方紧密堆积的聚苯乙烯微球置于聚合物基自修复膜上表面；
刻蚀时：对上表面有刻蚀模板的膜进行采用等离子刻蚀技术刻蚀使得膜上形成特定裂纹结构。
实施例中的聚合物基自修复膜进行刻蚀—自修复的工艺流程示意图见图3。
实施例中相同类型的膜采用相同的制样方法和自修复条件。
实施例中测量的过程为：采用型号为JPK instrument AG,Berlin,Germany的原子力显微镜测量自修复处理后的膜的上表面粗糙度值D；采用型号为Sigma,Carl Zeiss,Germany的扫描电镜测试自修复处理后的膜的裂纹形貌。
实施例1
一种评估聚合物基自修复膜自修复能力的方法，先将聚合物基自修复膜进行制样：采用玻璃刀对支化聚乙烯基亚胺和聚丙烯酸多层膜进行无损切割使得膜的尺寸为：膜的厚度为60μm，长度为2cm，宽度为2cm；
将制得的膜进行刻蚀—自修复—测量的过程，测试的结果不合规，具体见下表；其中，刻蚀中特定裂纹结构见下表(对应的等级为优)，自修复的过程为：将刻蚀处理后的膜置于温度为20℃的去离子水中进行自修复30min。
则，重新选择样品进行制样—刻蚀—自修复—测量的过程，测试的结果不合规，具体见下表；其中，刻蚀中特定裂纹结构见下表(对应的等级为良)。
则，重新选择样品进行制样—刻蚀—自修复—测量的过程，测试的结果不合规，具体见下表；其中，刻蚀中特定裂纹结构见下表(对应的等级为中)。
则直接判定该支化聚乙烯基亚胺和聚丙烯酸多层膜的自修复能力等级为“差”。
裂痕的尺寸 自修复后裂纹形貌 上表面粗糙度值D(nm)
宽度50μm，深度50μm的微纳米条带 存在明显裂纹 800nm
宽度5μm，深度5μm的微纳米条带 存在明显裂纹 500nm
直径1μm，深度2μm的纳米肼阵列结构 存在明显裂纹 300nm
实施例2
一种评估聚合物基自修复膜自修复能力的方法，先将聚合物基自修复膜进行制样：采用玻璃刀对支化聚乙烯基亚铵和聚乳酸多层膜进行无损切割使得膜的尺寸为：膜的厚度为55μm，长度为2cm，宽度为2cm；
将制得的膜进行刻蚀—自修复—测量的过程，测试的结果不合规，具体见下表；其中，刻蚀中特定裂纹结构为见下表(对应的等级为优)，自修复的过程为：将刻蚀后的膜置于温度为25℃的去离子水中进行自修复30min。
则，重新选择样品进行制样—刻蚀—自修复—测量的过程，测试的结果合规，具体见下表；其中，刻蚀中特定裂纹结构见下表(对应的等级为良)。
则该支化聚乙烯基亚铵和聚乳酸多层膜的自修复能力等级为“良”。
Figure BDA0002386107390000061
Figure BDA0002386107390000071
实施例3
一种评估聚合物基自修复膜自修复能力的方法，先将聚合物基自修复膜进行制样：采用手术刀片对聚乙烯醇-聚丙烯酸自修复水凝胶电解质膜进行无损切割使得膜的尺寸为：膜的厚度为100μm，长度为3cm，宽度为3cm；
将制得的膜进行刻蚀—自修复—测量的过程，测试的结果合规，具体见下表；其中，刻蚀中特定裂纹结构见下表(对应的等级为优)，自修复的过程为：将刻蚀后的膜置于温度为22℃的去离子水中进行自修复30min。
则该聚乙烯醇-聚丙烯酸自修复水凝胶电解质膜的自修复能力等级为“优”。
裂痕的尺寸 自修复后裂纹形貌 上表面粗糙度值D(nm)
宽度80μm，深度50μm的微纳米条带 无明显裂纹 60nm
实施例4
一种评估聚合物基自修复膜自修复能力的方法，先将聚合物基自修复膜进行制样：采用手术刀片聚丙烯酸和2-(二乙氨基)甲基丙烯酸乙酯聚离子复合物水凝胶膜进行无损切割使得膜的尺寸为：膜的厚度为70μm，长度为2cm，宽度为2cm；
将制得的膜进行刻蚀—自修复—测量的过程，测试的结果不合规，具体见下表；其中，刻蚀中特定裂纹结构见下表(对应的等级为优)，自修复的过程为：将刻蚀后的膜置于温度为20～25℃的空气中进行自修复30min。
则，重新选择样品进行制样—刻蚀—自修复—测量的过程，测试的结果不合规，具体见下表；其中，刻蚀中特定裂纹结构见下表(对应的等级为良)。
则，重新选择样品进行制样—刻蚀—自修复—测量的过程，测试的结果合规，具体见下表，其中，刻蚀中特定裂纹结构见下表(对应的等级为中)。
则，该聚丙烯酸和2-(二乙氨基)甲基丙烯酸乙酯聚离子复合物水凝胶膜的自修复能力等级为“中”。
裂痕的尺寸 自修复后裂纹形貌 和上表面粗糙度值D(nm)
宽度50μm，深度50μm的微纳米条带 存在明显裂纹 800nm
宽度5μm，深度5μm的微纳米条带 存在明显裂纹 200nm
直径3μm，深度4μm的纳米肼阵列结构 无明显裂纹 30nm
实施例5
一种评估聚合物基自修复膜自修复能力的方法，先将聚合物基自修复膜进行制样：采用手术刀片对多巴胺-氧化海藻酸钠和聚丙烯酰胺水凝胶膜进行无损切割使得膜的尺寸为：膜的厚度为65μm，长度为3cm，宽度为3cm；
将制得的膜进行刻蚀—自修复—测量的过程，测试的结果不合规，具体见下表；其中，刻蚀中特定裂纹结构见下表(对应的等级为优)，自修复的过程为：将刻蚀后的膜置于温度为22℃的空气中进行自修复30min。
则，重新选择样品进行制样—刻蚀—自修复—测量的过程，测试的结果不合规，具体见下表；其中，刻蚀中特定裂纹结构见下表(对应的等级为良)。
则，重新选择样品进行制样—刻蚀—自修复—测量的过程，测试的结果不合规，具体见下表；其中，刻蚀中特定裂纹结构见下表(对应的等级为中)。
则直接判定该多巴胺-氧化海藻酸钠和聚丙烯酰胺水凝胶膜的自修复能力等级为“差”。
裂痕的尺寸 自修复后裂纹形貌 上表面粗糙度值D(nm)
宽度50μm，深度50μm的微纳米条带 存在明显裂纹 460nm
宽度5μm，深度5μm的微纳米条带 存在明显裂纹 220nm
直径1μm，深度1μm的微米柱阵列结构 存在明显裂纹 160nm
实施例6
一种评估聚合物基自修复膜自修复能力的方法，先对聚合物基自修复膜进行制样：采用手术刀片对偏二氟乙烯和六氟丙烯的共聚物膜进行无损切割使得膜的尺寸为：膜的厚度为60μm，长度为3cm，宽度为3cm；
将制得的膜进行刻蚀—自修复—测量的过程，测试的结果不合规，具体见下表；其中，刻蚀模板如图1(a)所示，刻蚀中特定裂纹结构见下表(对应的等级为优)，自修复的过程为：将刻蚀处理后的膜置于温度为22℃的空气中进行自修复30min。
则，重新选择样品进行制样—刻蚀—自修复—测量的过程，测试的结果不合规，具体见下表；其中，刻蚀中特定裂纹结构见下表(对应的等级为良)。
则，重新选择样品进行制样—刻蚀—自修复—测量的过程，测试的结果合规，具体见下表；其中，刻蚀中特定裂纹结构见下表(对应的等级为中)。
则该偏二氟乙烯和六氟丙烯的共聚物膜的自修复能力等级为“中”。
Figure BDA0002386107390000081
Figure BDA0002386107390000091
实施例7
一种评估聚合物基自修复膜自修复能力的方法，先对聚合物基自修复膜进行制样：采用手术刀片对环糊精的超分子水凝胶膜进行无损切割使得膜的尺寸为：膜的厚度为50μm，长度为2.5cm，宽度为2.5cm；
在将制得的膜进行刻蚀—自修复—测量的过程，测试的结果不合规，具体见下表；其中，刻蚀中特定裂纹结构见下表(对应的等级为优)，自修复的过程为：将刻蚀处理后的膜置于温度为20～25℃的空气中进行自修复30min。
则，重新选择样品进行制样—刻蚀—自修复—测量的过程，测试的结果不合规，具体见下表；其中，刻蚀中特定裂纹结构见下表(对应的等级为良)。
则，重新选择样品进行制样—刻蚀—自修复—测量的过程，测试的结果合规，具体见下表；其中，刻蚀中特定裂纹结构见下表(对应的等级为中)。
则该环糊精的超分子水凝胶膜的自修复能力等级为“中”。
裂痕的尺寸 自修复后裂纹形貌 上表面粗糙度值D(nm)
宽度50μm，深度50μm的微纳米条带 存在明显裂纹 480nm
宽度5μm，深度5μm的微纳米条带 存在明显裂纹 160nm
底部直径3μm，深度4.5μm的微米锥结构 无明显裂纹 78nm
实施例8
一种评估聚合物基自修复膜自修复能力的方法，先对聚合物基自修复膜进行制样：采用手术刀片对含环氧丙烷的壳聚糖膜进行无损切割使得膜的尺寸为：膜的厚度为65μm，长度为3.5cm，宽度为2.5cm；
将制得的膜进行刻蚀—自修复—测量的过程，测试的结果不合规，具体见下表；其中，刻蚀中特定裂纹结构见下表(对应的等级为优)，自修复的过程为：将步骤(2)处理后的膜置于紫外光中进行自修复30min。
则，重新选择样品进行制样—刻蚀—自修复—测量的过程，测试的结果不合规，具体见下表；其中，刻蚀中特定裂纹结构见下表(对应的等级为良)。
则，重新选择样品进行制样—刻蚀—自修复—测量的过程，测试的结果不合规，具体见下表；其中，刻蚀中特定裂纹结构见下表(对应的等级为中)。
则直接判定该含环氧丙烷的壳聚糖膜的自修复能力等级为“差”。
Figure BDA0002386107390000092
Figure BDA0002386107390000101
实施例9
一种评估聚合物基自修复膜自修复能力的方法，先将聚合物基自修复膜进行制样：采用手术刀片对硝基多巴胺修饰的壳聚糖膜进行无损切割使得膜的尺寸为：膜的厚度为50μm，长度为3.5cm，宽度为2.5cm；
将制得的膜进行刻蚀—自修复—测量的过程，测试的结果不合规，具体见下表；其中，刻蚀模板见图2(a)所示；刻蚀中特定裂纹结构见下表(对应的等级为优)，自修复的过程为：将刻蚀处理后的膜置于置于紫外光中进行自修复30min。
则，重新选择样品进行制样—刻蚀—自修复—测量的过程，测试的结果合规，具体见下表；其中，刻蚀中特定裂纹结构见下表(对应的等级为良)。
则该硝基多巴胺修饰的壳聚糖膜的自修复能力等级为“良”。
Figure BDA0002386107390000102
实施例10
一种评估聚合物基自修复膜自修复能力的方法，先将聚合物基自修复膜进行制样：采用手术刀片对接枝聚6-丙烯酰胺基己酸的海藻酸膜进行无损切割使得膜的尺寸为：膜的厚度为65μm，长度为4cm，宽度为3cm；
将制得的膜进行刻蚀—自修复—测量的过程，测试的结果合规，具体见下表；其中，刻蚀中特定裂纹结构见下表(对应的等级为优)，自修复的过程为：将刻蚀处理后的膜置于温度为25℃的去离子水中进行自修复30min。
则该接枝聚6-丙烯酰胺基己酸的海藻酸膜的自修复能力等级为“优”。
裂痕的尺寸 自修复后裂纹形貌 上表面粗糙度值D(nm)
宽度100μm，深度60μm的微纳米条带 无明显裂纹 66nm
实施例11
一种评估聚合物基自修复膜自修复能力的方法，先将聚合物基自修复膜进行制样：采用手术刀片对含丙烯酰胺的海藻酸膜进行无损切割使得膜的尺寸为：膜的厚度为75μm，长度为3.5cm，宽度为2.5cm；
将制得的膜进行刻蚀—自修复—测量的过程，测试的结果不合规，具体见下表；其中，刻蚀中特定裂纹结构见下表(对应的等级为优)，自修复的过程为：将刻蚀处理后的膜置于温度为25℃的去离子水中进行自修复30min。
则，重新选择样品进行制样—刻蚀—自修复—测量的过程，测试的结果不合规，具体见下表；其中，刻蚀中特定裂纹结构见下表(对应的等级为良)。
则，重新选择样品进行制样—刻蚀—自修复—测量的过程，测试的结果合规，具体见下表；其中，刻蚀中特定裂纹结构见下表(对应的等级为中)。
则该含丙烯酰胺的海藻酸膜的自修复能力等级为“中”。
裂痕的尺寸 自修复后裂纹形貌 上表面粗糙度值D(nm)
宽度50μm，深度50μm的微纳米条带 存在明显裂纹 360nm
宽度5μm，深度5μm的微纳米条带 存在明显裂纹 150nm
直径3μm，深度4.8μm的纳米肼阵列结构 无明显裂纹 79nm

Claims (10)

1.一种评估聚合物基自修复膜自修复能力的方法，其特征是：将聚合物基自修复膜进行制样—刻蚀—自修复—测量过程，当测量结果合规时，将刻蚀中特定裂纹结构对应的自修复能力等级记为评估结果；具体步骤如下：
(1)制样：对聚合物基自修复膜进行无损切割使得聚合物基自修复膜的尺寸标准化；
(2)刻蚀：对聚合物基自修复膜进行刻蚀使得聚合物基自修复膜上表面形成特定裂纹结构；所述的特定裂纹结构为自修复能力等级之一对应的结构；
(3)自修复：将刻蚀后的聚合物基自修复膜静置进行自修复；
(4)测量：得出自修复后的聚合物基自修复膜的裂纹形貌和上表面粗糙度值D；
当裂纹形貌目视存在明显裂纹或者D大于阈值K时，则重新选择制样的膜进行刻蚀—自修复—测量的过程，且刻蚀的特定裂纹结构为上一次刻蚀中的自修复能力下一等级对应的结构；
所述当测量结果合规时，即当裂纹形貌目视无明显裂纹且D小于等于阈值K时，则聚合物基自修复膜的自修复能力等级为该次刻蚀中的特定裂纹结构所对应的等级；
所述特定裂纹结构由具有相同间距的裂纹构成，每个裂纹的尺寸用直径a和深度c或者宽度b和深度c表示；
所述自修复能力等级及其判定为：
优，对应的特定裂纹结构中裂纹的尺寸为a1和c1或者b1和c1时，能完成自修复；
良，对应的特定裂纹结构中裂纹的尺寸为a2和c2或者b2和c2时，能完成自修复；
中，对应的特定裂纹结构中裂纹的尺寸为a3和c3或者b3和c3时，能完成自修复；
差，对应的特定裂纹结构中裂纹的尺寸为a3和c3或者b3和c3时，不能完成自修复。
2.根据权利要求1所述的一种评估聚合物基自修复膜自修复能力的方法，其特征在于，所述无损切割采用的是玻璃刀或手术刀片。
所述膜的尺寸标准化是指膜的厚度大于特定裂纹结构的深度，长度为5mm～10cm，宽度为5mm～10cm；
所述的50μm≤a1，50μm≤b1，50μm≤c1；
所述的5μm≤a2＜50μm，5μm≤b2＜50μm，5μm≤c2＜50μm；
所述的1μm≤a3＜5μm，1μm≤b3＜5μm，1μm≤c3＜5μm。
3.根据权利要求1或2中所述的一种评估聚合物基自修复膜自修复能力的方法，其特征在于，所述的聚合物基自修复膜为支化聚乙烯基亚胺和聚丙烯酸多层膜、支化聚乙烯基亚铵和聚乳酸多层膜、聚乙烯醇-聚丙烯酸自修复水凝胶电解质膜、聚丙烯酸和2-(二乙氨基)甲基丙烯酸乙酯聚离子复合物水凝胶膜、多巴胺-氧化海藻酸钠和聚丙烯酰胺水凝胶膜、偏二氟乙烯和六氟丙烯的共聚物膜、环糊精的超分子水凝胶膜、含环氧丙烷的壳聚糖膜、硝基多巴胺修饰的壳聚糖膜、接枝聚6-丙烯酰胺基己酸的海藻酸膜或者含丙烯酰胺的海藻酸膜。
4.根据权利要求1所述的一种评估聚合物基自修复膜自修复能力的方法，其特征在于，所述刻蚀中的聚合物基自修复膜还置于一个基底上，该基底为硅基底、玻璃基底或者石英基底。
5.根据权利要求1所述的一种评估聚合物基自修复膜自修复能力的方法，其特征在于，所述的刻蚀采用的刻蚀模板为二氧化硅微球、聚苯乙烯微球、金纳米粒子、银纳米粒子、金纳米孔阵列膜、金圆盘或者金微米条带。
6.根据权利要求5所述的一种评估聚合物基自修复膜自修复能力的方法，其特征在于，二氧化硅微球的直径为300nm～1μm，聚苯乙烯微球的直径为500nm～5μm，金纳米粒子或银纳米粒子的直径为10～300nm；所述金纳米孔的直径为200nm～5μm，所述金圆盘的直径为500nm～50μm，所述金微米条带的宽度为500nm～500μm。
7.根据权利要求1所述的一种评估聚合物基自修复膜自修复能力的方法，其特征在于，所述的静置为将聚合物基自修复膜置于温度为20～25℃的自修复环境中进行自修复30min；自修复环境为去离子水、空气或者紫外光；
所述的测量采用的设备是原子力显微镜和扫描电子显微镜。
8.根据权利要求1所述的一种评估聚合物基自修复膜自修复能力的方法，其特征在于，刻蚀采用的是等离子刻蚀技术。
9.根据权利要求1所述的一种评估聚合物基自修复膜自修复能力的方法，其特征在于，所述的每个裂纹为微纳米柱、微纳米锥、微纳米肼或者微纳米条带；
所述微纳米柱的直径为10nm～50μm、深度为1～50μm，所述微纳米锥的底部直径为200nm～5μm、深度为200nm～10μm，所述微纳米肼的直径为200nm～5μm、深度为1～30μm，所述微纳米条带的宽度为500nm～500μm、深度为1～500μm。
10.根据权利要求1所述的一种评估聚合物基自修复膜自修复极限的方法，其特征在于，所述的阈值K为100nm。
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