CN114132917B - 一种自漂浮透明纳米超薄膜的制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种自漂浮透明纳米超薄膜的制备方法，包括S1：在基底材料上制备MXene膜层、S2：抽滤纳米超薄膜层、S3：氧化造泡和S4：液相分离四个步骤，得到的纳米超薄膜的厚度为15‑120 nm，透光率为50‑95%。本发明利用真空抽滤技术，在基底材料上依次抽滤MXene膜层和纳米超薄膜层，使基底材料上负载有双层膜结构；然后通过渗透作用使氧化剂在MXene膜层上进行氧化造泡从而使基底材料和纳米超薄膜层之间以物理隔离的方式分离开；最后通过液相漂浮分离的方式将纳米超薄膜完全分离出来。本发明得到的纳米超薄膜通过制得不同的担载量具有特定的厚度与透光率，基底材料可以重复利用。应用范围广泛，可塑性强。

Description

一种自漂浮透明纳米超薄膜的制备方法
技术领域
本发明涉及纳米膜制备及分离领域，尤其是一种自漂浮透明纳米超薄膜的制备方法。
背景技术
现有技术中，以单壁碳纳米管为基础的具有高透光率和柔性的超薄膜，由于单壁碳纳米管优异的导电性能和彼此之间可以形成很强的紧密的结合力，使得其有很小的电阻和高透光率。基于焦耳效应，透明单壁碳纳米管膜拥有其他金属材料无法比拟的电热性能，在透明电加热器领域受到了越来越多研究者的关注，在交通、建筑、医疗、运动等不同领域的多种设备，如智能窗户、除冰器、除雾器、显示器、热疗垫、传感器等体现出具有巨大的应用前景。
通过在CVD法在基材上固定生长单壁碳纳米管制备超薄膜，通过利用水和空气界面的作用力从较厚的膜上剥离超薄膜的方法虽然已经被证实。但存在着产生的超薄膜厚度具有随机性，不能批量产生具有特定厚度的超薄膜，超薄膜只能在一种基底上固定生长，方法不具有普适性，限制了其应用的性能的问题。传统真空抽滤的方法虽然能够通过控制担载量控制膜的厚度，但对于纳米级的超薄膜，单壁碳纳米管与抽滤基底的结合力会导致超薄膜无法从基底上完整的脱落下。
发明内容
本发明的目的是提供一种能快速高效地制备具有特定厚度、高透光率、制备材料的选择范围广、基底材料可重复使用且应用范围广阔的自漂浮透明纳米超薄膜的制备方法。
本发明解决现有技术问题所采用的技术方案：一种自漂浮透明纳米超薄膜的制备方法，包括以下步骤：
S1：在基底材料上制备MXene膜层：制备浓度为0.1～10 mg/mL的MXene分散液；取体积为0.0064～0.6714 mL的MXene分散液，在基底材料上通过真空抽滤的方法抽滤出担载量为0.01～0.05 mg/cm2的MXene膜层，得到具有均匀厚度的MXene基底膜层；
S2：抽滤纳米超薄膜层：制备浓度为0.16～0.6 mg/mL的超薄膜材料的分散液；取体积为0.0522～0.223 mL的超薄膜材料的分散液，在步骤S1得到的MXene基底膜层上通过真空抽滤的方法抽滤出担载量为0.0008～0.05 mg/cm2的纳米超薄膜层，以使在所述基底材料上形成双层膜结构，得到双层膜负载基底；
S3：氧化造泡：保持所述纳米超薄膜层所在面朝上，将双层膜负载基底在常温下静置于氧化剂溶液表面上，以使氧化剂溶液通过所述基底材料孔道的毛细作用力向上输运至MXene膜层，以使氧化剂与MXene发生氧化反应产生气泡，从而在所述基底材料与纳米超薄膜层之间形成气泡层，该气泡层作为分隔层将基底材料与超薄膜层进行分离；得到负载有气泡层和纳米超薄膜的基底；
S4：液相分离：将负载有气泡层和纳米超薄膜的基底倾斜插入液相氧化剂溶液中，直至所述气泡层承载着纳米超薄膜层漂浮在液相氧化剂溶液表面，从而与所述基底材料完全分离，得到纳米超薄膜；
所述纳米超薄膜的厚度为15-120 nm，透光率为50-95%。
所述的MXene分散液为Ti3C2Tx水溶液或Ti2CTx水溶液。
所述基底材料包括混合纤维素酯滤膜、微孔滤膜、聚醚砜超滤膜及氧化铝滤膜。
步骤S2中，所述超薄膜材料的分散液包括单组分分散液和复合组分分散液；单组分分散液中的超薄膜材料包括一维材料和二维材料；所述一维材料包括单壁、双壁及多壁碳纳米管；所述二维材料包括蛭石和石墨烯；其中，复合组分分散液为两种单组分分散液的混合液。
步骤S3中，当MXene膜层的黑色完全消失，且纳米超薄膜层变为透明状时，氧化造泡过程完成；此时，将得到的氧化造泡基底进行步骤S4的液相分离步骤。
在进行真空抽滤前，所述MXene分散液和所述超薄膜材料的分散液均加入去离子水进行稀释，然后浴式超声3分钟。
步骤S1中，所述MXene分散液的浓度为0.1～5 mg/mL。
所述氧化剂溶液为浓度为6 wt%的双氧水或次氯酸钠溶液。
本发明的有益效果在于：本发明利用真空抽滤技术，在基底材料上依次抽滤出MXene膜层和纳米超薄膜层，使基底材料上负载有MXene膜层和纳米超薄膜层双层结构；然后通过氧化剂在MXene膜层上进行氧化造泡在基底材料与纳米超薄膜层之间形成气泡层，从而使基底材料和纳米超薄膜层之间以物理隔离的方式分离开；最后通过液相漂浮分离的方式将纳米超薄膜完全分离出来。本发明中，基底材料和超薄膜材料的选择不局限于一种材料，有多种材料可供选择、拓展与复合。得到的纳米超薄膜通过制得不同的担载量具有特定的厚度与透光率，可以完整地脱离基底漂浮在液相表面，其具有和在基底材料上相同的结构、形貌和性能。同时，在每次氧化造泡时只会减少基底材料平均4%的水通量，而且基底材料可以重复利用。通过上述方法得到的纳米超薄膜能够转移到玻璃、塑料、金属和聚合物等材料表面并剪裁成任意的形状被应用，应用范围广泛，可塑性强。
具体实施方式
以下结合具体实施方式和具体实施例对本发明进行说明：
一种自漂浮透明纳米超薄膜的制备方法，包括以下步骤：
S1：在基底材料上制备MXene膜层：制备浓度为0.1～10 mg/mL的MXene溶液作为MXene分散液；取体积为0.0064～0.6714 mL的MXene分散液，在基底材料上通过真空抽滤的方法抽滤出担载量为0.01～0.05 mg/cm2的MXene膜层，得到具有均匀厚度的MXene基底膜层。
本发明的实施例中的MXene膜层是在直径2.5～10 cm的基底材料上抽滤得到的，实际实现中，可根据抽滤设备的抽滤面积不同决定超薄膜尺寸。
其中，基底材料可选择柔性的混合纤维素酯滤膜、微孔滤膜、聚醚砜超滤膜及刚性的氧化铝滤膜。MXene分散液可选浓度为0.1～10 mg/mL的Ti3C2Tx水溶液或Ti2CTx水溶液。优选浓度为0.1～5 mg/mL的Ti3C2Tx水溶液或Ti2CTx水溶液作为MXene分散液。通常，当制备的MXene分散液浓度大于5 mg/mL，而需要抽取的MXene膜层担载量小于0.5 mg/cm2时，优选将MXene分散液加入20 mL左右去离子水中进行稀释并摇匀，以保证MXene分散液在基底材料上完全铺开，然后浴式超声3分钟以使MXene分散液具有良好的分散性。
S2：抽滤纳米超薄膜层：制备浓度为0.16～0.6 mg/mL的超薄膜材料的分散液；取体积为0.0522～0.223 mL的超薄膜材料的分散液，如步骤S1中对MXene分散液的处理方式：优选将超薄膜材料的分散液加入20 mL左右去离子水中进行稀释并要摇匀，然后浴式超声3分钟以使超薄膜材料的分散液具有良好的分散性。在步骤S1得到的MXene基底膜层上通过真空抽滤的方法抽滤出担载量为0.0008～0.05 mg/cm2的纳米超薄膜层，以使在基底材料上形成双层膜结构，得到双层膜负载基底。
具体地，超薄膜材料的分散液包括单组分分散液和复合组分分散液，单组分分散液中的超薄膜材料包括一维材料和二维材料，其中，一维材料包括单壁纳米管、双壁纳米管及多壁碳纳米管；二维材料包括蛭石和石墨烯，复合组分分散液是两种单组分分散液的混合液，本发明实施例中优选采用的复合组分分散液为由单壁碳纳米管分散液和石墨烯分散液组成的混合液。
S3：氧化造泡：保持纳米超薄膜层所在面朝上，将双层膜负载基底在常温下静置于氧化剂溶液表面上，以使氧化剂溶液通过基底材料孔道的毛细作用力向上输运至MXene膜层，并在MXene膜层中随着MXene与氧化剂的氧化反应在基底材料与纳米超薄膜层之间不断生成气泡，即氧化造泡过程。直至当MXene膜层的黑色完全消失，纳米超薄膜层变为透明状时候，MXene与氧化剂充分氧化，MXene材料被完全氧化并产生气泡，即氧化造泡完成。此时，基底材料与纳米超薄膜层之间形成了气泡层，该气泡层作为分隔层将基底材料与超薄膜层进行分离，得到负载有气泡层和纳米超薄膜的基底。
其中，氧化剂溶液可以选择双氧水或次氯酸钠溶液，由于浓度高于6 wt%的双氧水会加速MXene的氧化易产生大体积的气泡而浓度低于6 wt%的双氧水会使MXene的氧化速度变慢，因此，优选浓度为6 wt%的双氧水以保证在MXene膜层上的氧化速度和生成合适大小的气泡。
S4：液相分离：将负载有气泡层和纳米超薄膜的基底倾斜插入液相氧化剂溶液中，基底材料将逐渐沉入液相溶液中，而纳米超薄膜层在气泡层的浮力支撑下逐渐向上漂浮，直至气泡层承载着纳米超薄膜层漂浮在液相氧化剂溶液表面从而与基底材料完全分离，得到纳米超薄膜。
所得到的纳米超薄膜的厚度为15-120 nm，透光率为50-95%。本发明的纳米超薄膜能够转移到玻璃、塑料、金属和聚合物等材料表面并剪裁成任意的形状。
以下通过具体实施例对本发明做进一步说明：
实施例1：
基底材料：混合纤维素酯(MCE)滤膜；
MXene分散液：浓度为10 mg/mL的Ti3C2Tx水溶液；
超薄膜材料的分散液：浓度为0.36 mg/mL的单壁碳纳米管分散液。
一种自漂浮透明纳米超薄膜的制备方法，包括以下步骤：
第1步、在基底材料上制备MXene膜层：
制备浓度为10 mg/mL的Ti3C2Tx水溶液作为MXene分散液；取体积为0.4141 mL的上述MXene分散液，加入到20 mL去离子水中，将稀释后的MXene分散液摇晃20 s后进行3 min的浴式超声处理。在直径10 cm、孔径25 nm的混合纤维素酯滤膜上通过真空抽滤的方法抽滤出担载量为0.05 mg/cm2的Ti3C2Tx膜层，得到具有均匀厚度的Ti3C2Tx基底膜层。
第2步、抽滤纳米超薄膜层：
制备浓度为0.36 mg/mL的单壁碳纳米管分散液；取体积为取0.1840 mL的上述单壁碳纳米管分散液，加入到20 mL去离子水中，将稀释后的单壁碳纳米管分散液摇晃20 s后进行3 min的浴式超声处理，在Ti3C2Tx基底膜层上通过真空抽滤的方法抽滤出一层担载量为0.0008 mg/cm2的单壁碳纳米管超薄膜层，以使在混合纤维素酯滤膜上形成双层膜结构，得到双层膜负载基底。
第3步、氧化造泡：
保持单壁碳纳米管超薄膜层所在面朝上，将双层膜负载基底转移到浓度为6 wt%的双氧水溶液表面上并在常温下静置，以使双氧水溶液通过混合纤维素酯滤膜孔道的毛细作用力向上输运至Ti3C2Tx膜层，并在Ti3C2Tx膜层中随着Ti3C2Tx与双氧水发生氧化反应不断产生气泡进行造泡，当Ti3C2Tx膜层的黑色完全消失，单壁碳纳米管超薄膜层变为透明状时候，氧化造泡完成。此时，混合纤维素酯滤膜与单壁碳纳米管超薄膜层之间形成气泡层，该气泡层作为分隔层将混合纤维素酯滤膜与单壁碳纳米管超薄膜层进行分离，得到负载有气泡层和单壁碳纳米管超薄膜层的混合纤维素酯滤膜。
第4步、液相分离：
将负载有气泡层和单壁碳纳米管超薄膜层的混合纤维素酯滤膜以一定角度倾斜插入液相双氧水溶液中，单壁碳纳米管超薄膜层在气泡层的浮力支撑下向上漂浮，直至气泡层承载着单壁碳纳米管超薄膜层漂浮在液相双氧水溶液表面，从而与混合纤维素酯滤膜完全分离，得到单壁碳纳米管超薄膜。
分别用经过10 min浴式超声清洗干净的石英片和硅片为基底，将实施例1得到的单壁碳纳米管超薄膜捞出以对得到的单壁碳纳米管超薄膜的透光率和厚度进行测试：在石英基底上进行紫外透光率测试得到该单壁碳纳米管超薄膜透光率为95%，硅片基底进行原子力显微镜测试得到该单壁碳纳米管超薄膜厚度为15 nm。
实施例2：
基底材料：氧化铝(AAO)滤膜；
MXene分散液：浓度为0.1 mg/mL的Ti3C2Tx水溶液；
超薄膜材料的分散液：浓度为0.6 mg/mL的蛭石分散液。
一种自漂浮透明纳米超薄膜的制备方法，包括以下步骤：
第1步、在基底材料上制备MXene膜层：
制备浓度为0.1 mg/mL的Ti3C2Tx水溶液作为MXene分散液；取体积为0.6714 mL的上述MXene分散液，加入到20 mL去离子水中，将稀释后的MXene分散液摇晃20 s后进行3min的浴式超声处理。在直径2.5 cm、孔径200 nm的氧化铝滤膜上通过真空抽滤的方法抽滤担载量为0.025 mg/cm2的Ti3C2Tx膜层，得到具有均匀厚度的Ti3C2Tx基底膜层。
第2步、抽滤纳米超薄膜层：
制备浓度为0.6 mg/mL的蛭石分散液；取体积为0.223 mL的上述蛭石分散液，加入到20 mL去离子水中，将稀释后的蛭石分散液摇晃20 s后进行3 min的浴式超声处理，在Ti3C2Tx基底膜层上通过真空抽滤的方法抽滤出一层担载量为0.05 mg/cm2的蛭石超薄膜层，以使在基底材料上形成双层膜结构，得到双层膜负载基底。
第3步、氧化造泡：
保持蛭石超薄膜层所在面朝上，将双层膜负载基底转移到浓度为6 wt%的双氧水溶液表面上并在常温下静置，以使双氧水溶液通过氧化铝滤膜孔道的毛细作用力向上输运至Ti3C2Tx膜层，并在Ti3C2Tx膜层中随着Ti3C2Tx与双氧水发生氧化反应不断产生气泡进行造泡，当Ti3C2Tx膜层的黑色完全消失，蛭石超薄膜层变为透明状时候，氧化造泡完成。此时，氧化铝滤膜与蛭石超薄膜层之间形成气泡层，该气泡层作为分隔层将Ti3C2Tx膜层与蛭石超薄膜层进行分离，得到负载有气泡层和蛭石超薄膜层的氧化铝滤膜。
第4步、液相分离：
将负载有气泡层和蛭石超薄膜层的氧化铝滤膜以一定角度倾斜插入液相双氧水溶液中，蛭石超薄膜层在气泡层的浮力支撑下向上漂浮，直至气泡层承载着蛭石超薄膜层漂浮在液相双氧水溶液表面，从而与氧化铝滤膜完全分离，得到蛭石超薄膜。
分别用经过10 min浴式超声清洗干净的石英片和硅片为基底，将实施例2得到的蛭石超薄膜在双氧水溶液中从下向上捞出，以对得到的蛭石超薄膜的透光率和厚度进行测试：在石英基底上进行紫外透光率测试得到该蛭石超薄膜透光率为93%，硅片基底进行原子力显微镜测试得到该蛭石超薄膜厚度为70 nm。
实施例3：
基底材料：氧化铝(AAO)滤膜；
MXene分散液：浓度为4.18 mg/mL的Ti3C2Tx水溶液；
超薄膜材料分散液：由0.011 mL浓度为0.36 mg/mL的单壁碳纳米管分散液和0.058 mL浓度为0.16 mg/mL的石墨烯分散液组成的复合分散液。
一种自漂浮透明纳米超薄膜的制备方法，包括以下步骤：
第1步、在基底材料上制备MXene膜层：
制备浓度为4.18 mg/mL的Ti3C2Tx水溶液作为MXene分散液；取体积为0.0064 mL的上述MXene分散液，加入到20 mL去离子水中，将稀释后的MXene分散液摇晃20 s后进行3min的浴式超声处理。在直径2.5 cm、孔径100 nm的氧化铝滤膜上通过真空抽滤的方法抽滤担载量为0.01 mg/cm2的Ti3C2Tx膜层，得到具有均匀厚度的Ti3C2Tx基底膜层。
第2步、抽滤纳米超薄膜层：
取0.011 mL浓度为0.36 mg/mL的单壁碳纳米管分散液和0.058 mL浓度为0.16mg/mL的石墨烯分散液组成的复合分散液，将上述复合分散液加入到20 mL去离子水中，将稀释后的蛭石分散液摇晃20 s后进行3 min的浴式超声处理，在Ti3C2Tx基底膜层上通过真空抽滤的方法抽滤出一层担载量为0.005 mg/cm2的复合超薄膜层，以使在基底材料上形成双层膜结构，得到双层膜负载基底。
第3步、氧化造泡：
保持复合超薄膜层所在面朝上，将双层膜负载基底转移到浓度为6 wt%的双氧水溶液表面上并在常温下静置，以使双氧水溶液通过氧化铝滤膜孔道的毛细作用力向上输运至Ti3C2Tx膜层，并在Ti3C2Tx膜层中随着Ti3C2Tx与双氧水发生氧化反应不断产生气泡进行造泡，当Ti3C2Tx膜层的黑色完全消失，复合超薄膜层变为透明状时候，氧化造泡完成。此时，氧化铝滤膜与复合超薄膜层之间形成气泡层，该气泡层作为分隔层将氧化铝滤膜与复合超薄膜层进行分离，得到负载有气泡层和复合超薄膜层的氧化铝滤膜。
第4步、液相分离：
将负载有气泡层和复合超薄膜层的氧化铝滤膜以一定角度倾斜插入液相双氧水溶液中，复合超薄膜层在气泡层的浮力支撑下向上漂浮，直至气泡层承载着复合超薄膜层漂浮在液相双氧水溶液表面，从而与Ti3C2Tx基底膜层完全分离，得到石墨烯和单壁碳纳米管复合超薄膜。
分别用经过10 min浴式超声清洗干净的石英片和硅片为基底，将实施例3得到的复合超薄膜在双氧水溶液中从下向上捞出，以对得到的复合超薄膜的透光率和厚度进行测试：在石英基底上进行紫外透光率测试得到该复合超薄膜透光率为76%，硅片基底进行原子力显微镜测试得到该复合超薄膜厚度为51 nm。
实施例4：
基底材料：微孔滤膜；
MXene分散液：浓度为3.7 mg/mL的Ti2CTx水溶液；
超薄膜材料分散液：浓度为0.27 mg/mL的双壁碳纳米管分散液。
一种自漂浮透明纳米超薄膜的制备方法，包括以下步骤：
第1步、在基底材料上制备MXene膜层：
制备浓度为3.7 mg/mL的Ti2CTx水溶液作为MXene分散液；取体积为0.0363 mL的上述MXene分散液，加入到20 mL去离子水中，将稀释后的MXene分散液摇晃20 s后进行3 min的浴式超声处理。在直径2.5 cm、孔径450 nm的微孔滤膜上通过真空抽滤的方法抽滤担载量为0.01 mg/cm2的Ti2CTx膜层，得到具有均匀厚度的Ti2CTx基底膜层。
第2步、抽滤纳米超薄膜层：
取0.0878 mL浓度为0.27 mg/mL的双壁碳纳米管分散液，加入到20 mL去离子水中，将稀释后的双壁碳纳米管分散液摇晃20 s后进行3 min的浴式超声处理，在Ti2CTx基底膜层上通过真空抽滤的方法抽滤出一层担载量为0.009 mg/cm2的双壁碳纳米管超薄膜层，以使在基底材料上形成双层膜结构，得到双层膜负载基底。
第3步、氧化造泡：
保持双壁碳纳米管超薄膜层所在面朝上，将双层膜负载基底转移到浓度为6 wt%的双氧水溶液表面上并在常温下静置，以使双氧水溶液通过微孔滤膜孔道的毛细作用力向上输运至Ti2CTx膜层，并在Ti2CTx膜层中随着Ti2CTx与双氧水发生氧化反应不断产生气泡进行造泡，当Ti2CTx膜层的黑色完全消失，双壁碳纳米管超薄膜层变为透明状时候，氧化造泡完成。此时，微孔滤膜与双壁碳纳米管超薄膜层之间形成气泡层，该气泡层作为分隔层将Ti2CTx膜层与双壁碳纳米管超薄膜层进行分离，得到负载有气泡层和双壁碳纳米管层超薄膜层的微孔滤膜。
第4步、液相分离：
将负载有气泡层和双壁碳纳米管层超薄膜层的微孔滤膜以一定角度倾斜插入液相双氧水溶液中，双壁碳纳米管超薄膜层在气泡层的浮力支撑下向上漂浮，直至气泡层承载着双壁碳纳米管超薄膜层漂浮在液相双氧水溶液表面，从而与微孔滤膜完全分离，得到双壁碳纳米管超薄膜。
分别用经过10 min浴式超声清洗干净的石英片和硅片为基底，将实施例4得到的双壁碳纳米管超薄膜在双氧水溶液中从下向上捞出，以对得到的双壁碳纳米管超薄膜的透光率和厚度进行测试：在石英基底上进行紫外透光率测试得到该双壁碳纳米管超薄膜透光率为64%，硅片基底进行原子力显微镜测试得到该双壁碳纳米管超薄膜厚度为49 nm。
实施例5：
基底材料：聚醚砜(PES)滤膜；
MXene分散液：浓度为3.7 mg/mL的Ti2CTx水溶液；
超薄膜材料分散液：浓度为0.454 mg/mL的多壁碳纳米管分散液。
一种自漂浮透明纳米超薄膜的制备方法，包括以下步骤：
第1步、在基底材料上制备MXene膜层：
制备浓度为3.7 mg/mL的Ti2CTx水溶液作为MXene分散液；取体积为0.0072 mL的上述MXene分散液，加入到20 mL去离子水中，将稀释后的MXene分散液摇晃20 s后进行3 min的浴式超声处理。在直径2.5 cm、孔径450 nm的聚醚砜滤膜上通过真空抽滤的方法抽滤担载量为0.01 mg/cm2的Ti2CTx膜层，得到具有均匀厚度的Ti2CTx基底膜层。
第2步、抽滤纳米超薄膜层：
取体积为0.0522 mL浓度为0.454 mg/mL的多壁碳纳米管分散液，加入到20 mL去离子水中，将稀释后的多壁碳纳米管分散液摇晃20 s后进行3 min的浴式超声处理，在Ti2CTx基底膜层上通过真空抽滤的方法抽滤出一层担载量为0.009 mg/cm2的多壁碳纳米管超薄膜层，以使在基底材料上形成双层膜结构，得到双层膜负载基底。
第3步、氧化造泡：
保持多壁碳纳米管超薄膜层所在面朝上，将双层膜负载基底转移到浓度为6 wt%的双氧水溶液表面上并在常温下静置，以使双氧水溶液通过聚醚砜滤膜孔道的毛细作用力向上输运至Ti2CTx膜层，并在Ti2CTx膜层中随着Ti2CTx与双氧水发生氧化反应不断产生气泡进行造泡，当Ti2CTx膜层的黑色完全消失，多壁碳纳米管超薄膜层变为透明状时候，氧化造泡完成。此时，聚醚砜滤膜与多壁碳纳米管超薄膜层之间形成气泡层，该气泡层作为分隔层将聚醚砜滤膜与双多壁碳纳米管超薄膜层进行分离，得到负载有气泡层和多壁碳纳米管超薄膜层的聚醚砜滤膜。
第4步、液相分离：
将负载有气泡层和多壁碳纳米管超薄膜层的聚醚砜滤膜以一定角度倾斜插入液相双氧水溶液中，多壁碳纳米管超薄膜层在气泡层的浮力支撑下向上漂浮，直至气泡层承载着多壁碳纳米管超薄膜层漂浮在液相双氧水溶液表面，从而与Ti2CTx基底膜层完全分离，得到多壁碳纳米管超薄膜。
分别用经过10 min浴式超声清洗干净的石英片和硅片为基底，将实施例5得到的多壁碳纳米管超薄膜在双氧水溶液中从下向上捞出，以对得到的多壁碳纳米管超薄膜的透光率和厚度进行测试：在石英基底上进行紫外透光率测试得到该多壁碳纳米管超薄膜透光率为50%，硅片基底进行原子力显微镜测试得到该多壁碳纳米管超薄膜厚度为120 nm。
以上内容是结合具体的优选技术方案对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种自漂浮透明纳米超薄膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：在基底材料上制备MXene膜层：制备浓度为0.1～10 mg/mL的MXene分散液；取体积为0.0064～0.6714 mL的MXene分散液，在基底材料上通过真空抽滤的方法抽滤出担载量为0.01～0.05 mg/cm2的MXene膜层，得到具有均匀厚度的MXene基底膜层；
S2：抽滤纳米超薄膜层：制备浓度为0.16～0.6 mg/mL的超薄膜材料的分散液；取体积为0.0522～0.223 mL的超薄膜材料的分散液，在步骤S1得到的MXene基底膜层上通过真空抽滤的方法抽滤出担载量为0.0008～0.05 mg/cm2的纳米超薄膜层，以使在所述基底材料上形成双层膜结构，得到双层膜负载基底；
S3：氧化造泡：保持所述纳米超薄膜层所在面朝上，将双层膜负载基底在常温下静置于氧化剂溶液表面上，以使氧化剂溶液通过所述基底材料孔道的毛细作用力向上输运至MXene膜层，以使氧化剂与MXene发生氧化反应产生气泡，从而在所述基底材料与纳米超薄膜层之间形成气泡层，该气泡层作为分隔层将基底材料与超薄膜层进行分离；得到负载有气泡层和纳米超薄膜的基底；
S4：液相分离：将负载有气泡层和纳米超薄膜的基底倾斜插入液相氧化剂溶液中，直至所述气泡层承载着纳米超薄膜层漂浮在液相氧化剂溶液表面，从而与所述基底材料完全分离，得到纳米超薄膜；
所述纳米超薄膜的厚度为15-120 nm，透光率为50-95%。
2.根据权利要求1所述的一种自漂浮透明纳米超薄膜的制备方法，其特征在于，所述MXene分散液为Ti3C2Tx水溶液或Ti2CTx水溶液。
3.根据权利要求1所述的一种自漂浮透明纳米超薄膜的制备方法，其特征在于，所述基底材料包括混合纤维素酯滤膜、微孔滤膜、聚醚砜超滤膜及氧化铝滤膜。
4.根据权利要求1所述的一种自漂浮透明纳米超薄膜的制备方法，其特征在于，步骤S2中，所述超薄膜材料的分散液包括单组分分散液和复合组分分散液；单组分分散液中的超薄膜材料包括一维材料和二维材料；所述一维材料包括单壁、双壁及多壁碳纳米管；所述二维材料包括蛭石和石墨烯；其中，复合组分分散液为两种单组分分散液的混合液。
5.根据权利要求1所述的一种自漂浮透明纳米超薄膜的制备方法，其特征在于，步骤S3中，当MXene膜层的黑色完全消失，且纳米超薄膜层变为透明状时，氧化造泡过程完成；此时，将得到的氧化造泡基底进行步骤S4的液相分离步骤。
6.根据权利要求1所述的一种自漂浮透明纳米超薄膜的制备方法，其特征在于，在进行真空抽滤前，所述MXene分散液和所述超薄膜材料的分散液均加入去离子水进行稀释，然后浴式超声3分钟。
7.根据权利要求1所述的一种自漂浮透明纳米超薄膜的制备方法，其特征在于，步骤S1中，所述MXene分散液的浓度为0.1～5 mg/mL。
8.根据权利要求1所述的一种自漂浮透明纳米超薄膜的制备方法，其特征在于，所述氧化剂溶液为浓度为6 wt%的双氧水或次氯酸钠溶液。
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