巴胺粘結(jié)-緩沖層；
(iii)氟化石墨烯復(fù)合潤滑薄膜的制備
將氟化石墨烯分散液以800r/min轉(zhuǎn)速旋涂于聚多巴胺修飾的硅基片上，重復(fù)旋涂5次，得到超薄厚度、連續(xù)均勻分布的氟化石墨烯復(fù)合潤滑薄膜。
[0033]實(shí)施例5
一種超薄氟化石墨烯復(fù)合潤滑薄膜的制備方法，包括以下步驟: (i)氟化石墨烯分散液的制備
將193.56mg的氫氧化鈉與270.96mg的氫氧化鉀溶于5mL無水乙醇中，常溫下攪拌至完全溶解，在攪拌過程中加入200mg粒徑為4μηι氟化石墨，在10W功率下超聲分散30min，之后將分散液在50 °C下蒸發(fā)干燥直至溶劑蒸發(fā)盡;將均勻混合粉末在180°C下加熱4h，然后靜置至室溫后，再加入超純水?dāng)嚢璺稚?，?jīng)減壓抽濾、洗滌至PH中性，40°C下干燥得到黑色粉末，將以上粉末重分散于按體積比1:1混合的水-乙醇混合溶劑中，超聲處理5h，經(jīng)離心后所得上清液為氟化石墨烯分散液；
(? )聚多巴胺粘結(jié)-緩沖層的制備
將硅片基底經(jīng)Piranha洗液清洗后，浸于氨丙基三乙氧基硅烷溶液中進(jìn)行表面修飾，后浸于鹽酸多巴胺緩沖溶液中于25°C下持續(xù)反應(yīng)6h，單晶硅基片上得到約20nm厚的聚多巴胺粘結(jié)-緩沖層；
(iii)氟化石墨烯復(fù)合潤滑薄膜的制備
將氟化石墨烯分散液以800r/min轉(zhuǎn)速旋涂于聚多巴胺修飾的硅基片上，重復(fù)旋涂5次，得到超薄厚度、連續(xù)均勻分布的氟化石墨烯復(fù)合潤滑薄膜。
[0034]將所得的氟化石墨烯復(fù)合潤滑薄膜制成分散液，滴在微柵上所觀察到的透射電鏡圖像如圖3所示，由圖3可見氟化石墨烯復(fù)合潤滑薄膜高透明性可知其片層較薄，片層呈褶皺狀態(tài)。實(shí)施例5所得氟化石墨烯復(fù)合潤滑薄膜所對(duì)應(yīng)的能量色散X射線譜(EDX)圖像如圖4所示，主要成分為碳及少量氧元素和氟元素;其紅外光譜圖如圖5中的b線所示，在1211 cm-1處為C-F鍵的伸縮振動(dòng)峰，其強(qiáng)度正比于樣品的的氟含量。1382 cm—1處為C-OH鍵的特征峰，其強(qiáng)度反映樣品中羥基官能團(tuán)的含量。
[0035]氟化石墨烯復(fù)合潤滑薄膜的摩擦性能測試
利用UMT-2摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)對(duì)實(shí)施例1中的產(chǎn)物進(jìn)行摩擦性能測試，該復(fù)合潤滑薄膜摩擦系數(shù)較空白對(duì)照樣顯著降低，且摩擦過程穩(wěn)定，具有顯著的潤滑性，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖9所示；將磨痕進(jìn)行拉曼光譜分析，氟化石墨烯仍粘附于硅基片上，潤滑薄膜在摩擦過程中未發(fā)生明顯破壞，拉曼光譜如圖10所示。圖9為實(shí)施例1和實(shí)施例5所得的氟化石墨烯復(fù)合潤滑薄膜及無氟化石墨烯覆蓋的空白對(duì)比樣在0.3N載荷下的摩擦系數(shù)隨時(shí)間變化的關(guān)系曲線。本發(fā)明方法所制備的超薄氟化石墨烯復(fù)合潤滑薄膜得益于少層氟化石墨烯在分散液中的良好分散性(經(jīng)透射電鏡表征，氟化石墨烯呈現(xiàn)透明褶皺的形貌且未見團(tuán)聚，見圖1，3)。干燥分散液后所得粉末的紅外光譜圖中，在1211cm—1處可見強(qiáng)烈的C-F振動(dòng)峰，且該峰強(qiáng)度依賴于所含氟含量(見圖5)。所制得的氟化石墨烯薄膜在原子力顯微鏡照片中表現(xiàn)為大面積連續(xù)分布，表面覆蓋率達(dá)90%以上，并且厚度均勻，僅有2.3-2.7nm(見圖6，7，8)。在施加0.3N載荷狀態(tài)下，高氟含量氟化石墨烯薄膜的摩擦系數(shù)僅為0.18，且磨損輕微，說明具有良好的減摩耐磨性能(見圖9,10)。
[0036]本發(fā)明方法通過增強(qiáng)氟化石墨烯的分散性，經(jīng)過逐層構(gòu)筑硅烷和聚多巴胺粘結(jié)層、氟化石墨烯旋涂成膜后獲得超薄厚度且連續(xù)均勻分布的氟化石墨烯薄膜，充分發(fā)揮表層氟化石墨烯的潤滑能力，同時(shí)亞表層的聚合物粘結(jié)層可有效耗散壓力，增強(qiáng)耐磨性，有效減小單晶硅片的摩擦系數(shù)、增強(qiáng)耐磨性，并具有一定的疏水性。本發(fā)明所制備的潤滑薄膜在減摩抗磨、疏水不粘等表面工程方面具有良好的應(yīng)用前景。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種超薄氟化石墨烯復(fù)合潤滑薄膜的制備方法，其特征在于:包括以下步驟: (i)氟化石墨烯分散液的制備 將氫氧化物加入到有機(jī)溶劑中進(jìn)行攪拌，在攪拌過程中，加入氟化石墨粉末，將混合液超聲分散至均勻后放入烘箱干燥直至溶劑蒸發(fā)盡;將得到的混合物于180°C加熱4h，然后靜置至室溫，反應(yīng)產(chǎn)物加入水中攪拌分散，再經(jīng)減壓抽濾、洗滌至中性、干燥過程后得到黑色粉末;將黑色粉末重分散于水-醇混合溶劑中，超聲處理5h，超聲后得到的分散液經(jīng)離心后，所得上清液即為氟化石墨烯分散液； (? )聚多巴胺粘結(jié)-緩沖層的制備 將單晶硅基片依次進(jìn)行清洗和氨基硅烷修飾處理，然后將其浸于預(yù)先由鹽酸多巴胺溶于三羥甲基氨基甲烷緩沖液得到的弱堿性溶液中，于25°C溫度下反應(yīng)6h~10h，單晶硅基片上得到約20nm厚的聚多巴胺粘結(jié)-緩沖層； (iii )氟化石墨烯復(fù)合潤滑薄膜的制備 將步驟(i)中所得氟化石墨烯分散液旋涂于步驟(? )中單晶硅基片上新制得的聚多巴胺粘結(jié)-緩沖層之上，即得氟化石墨烯復(fù)合潤滑薄膜。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種超薄氟化石墨烯復(fù)合潤滑薄膜的制備方法，其特征在于:所述步驟(i)中氫氧化物是氫氧化鈉和氫氧化鉀的混合物;所述氫氧化物中氫氧化鈉所占的摩爾分?jǐn)?shù)為50?52%。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種超薄氟化石墨烯復(fù)合潤滑薄膜的制備方法，其特征在于:所述步驟(i)中有機(jī)溶劑是甲醇或者乙醇或者異丙醇中的任意一種。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種超薄氟化石墨烯復(fù)合潤滑薄膜的制備方法，其特征在于:所述步驟(i )中氟化石墨粉末的粒徑為4μηι ~6μηι。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種超薄氟化石墨烯復(fù)合潤滑薄膜的制備方法，其特征在于:所述步驟(i)中有機(jī)溶劑的體積與氫氧化物的質(zhì)量之比為Iml: 25mg~50mg。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種超薄氟化石墨烯復(fù)合潤滑薄膜的制備方法，其特征在于:所述步驟(i)中反應(yīng)產(chǎn)物與水的比例是I?2mg =ImLo7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種超薄氟化石墨烯復(fù)合潤滑薄膜的制備方法，其特征在于:所述步驟(i)中水-醇混合溶劑為水-乙醇混合溶劑或者水-異丙醇混合溶劑;水-乙醇混合溶劑中水所占的體積分?jǐn)?shù)為50%；水-異丙醇混合溶劑中，水所占的體積分?jǐn)?shù)為70%。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種超薄氟化石墨烯復(fù)合潤滑薄膜的制備方法，其特征在于:所述步驟(i)中水-醇混合溶劑與黑色粉末的比例是ImL: 0.5~lmg。9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種超薄氟化石墨烯復(fù)合潤滑薄膜的制備方法，其特征在于:所述步驟(? )中弱堿性溶液的pH值為8.5，鹽酸多巴胺的濃度為2mg/mL。10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種超薄氟化石墨烯復(fù)合潤滑薄膜的制備方法，其特征在于:所述步驟(iii )旋涂過程中旋涂速率為800-1200r/min;旋涂次數(shù)為5?10次。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種超薄氟化石墨烯復(fù)合潤滑薄膜的制備方法，包括（?。┓┓稚⒁旱闹苽?；（ⅱ）聚多巴胺粘結(jié)-緩沖層的制備；（ⅲ）氟化石墨烯復(fù)合潤滑薄膜的制備。本發(fā)明采用簡便的熔融堿處理和超聲分散法制備了穩(wěn)定的氟化石墨烯分散液，并將其旋涂成膜使之與硅烷偶聯(lián)劑與聚多巴胺粘結(jié)層復(fù)合得到超薄厚度、均勻連續(xù)分布的減摩耐磨潤滑薄膜；此潤滑薄膜還具有低表面能和低粘著力，并表現(xiàn)出對(duì)氟含量的依賴性；以上特點(diǎn)使?jié)櫥∧ぴ跍p摩抗磨、疏水不粘等表面工程方面具有良好的應(yīng)用前景。
【IPC分類】C09D1/00, C08G73/02, C09D5/00, H01L31/18, C09J179/02, C09J11/06
【公開號(hào)】CN105602298
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510988178
【發(fā)明人】王金清, 侯凱明, 楊生榮, 方治文, 劉超, 張敏
【申請(qǐng)人】山東重山光電材料股份有限公司, 中國科學(xué)院蘭州化學(xué)物理研究所
【公開日】2016年5月25日
【申請(qǐng)日】2015年12月25日