專利名稱：一種在玻璃基片表面制備釩酸鉍復(fù)合薄膜的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種在玻璃基片表面制備釩酸鉍復(fù)合薄膜的方法。屬于薄膜制備技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
現(xiàn)代機(jī)械科學(xué)的發(fā)展出現(xiàn)機(jī)電一體化、超精密化和微型化的趨勢，許多高新技術(shù)裝置等 的摩擦副間隙常處于納米量級(jí)，由于微型機(jī)械中受到尺寸效應(yīng)的影響，微摩擦磨損和納米薄 膜潤滑已成為關(guān)鍵問題，目前可以用自組裝方法制備自組裝納米薄膜來解決該問題。與其它 的制備薄膜技術(shù)相比，自組裝薄膜技術(shù)具有可操作性、適應(yīng)性強(qiáng)，具有廣泛的應(yīng)用前景。
釩酸鉍是最典型的一維納米材料，以其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)具有眾多的優(yōu)異性能。釩酸鉍具有超 強(qiáng)的力學(xué)性能、很好的吸附性能，因而在材料領(lǐng)域引起了極大重視。但是，釩酸鉍徑向的納 米級(jí)尺寸和高的表面能導(dǎo)致其容易團(tuán)聚，分散性較差，降低了釩酸鉍的有效長徑比。此外，釩 酸鉍在絕大部分溶劑中不溶，濕潤性能差，很難與基底形成有效粘結(jié)。
經(jīng)文獻(xiàn)檢索發(fā)現(xiàn)，公丌號(hào)為CN1358804A的中國發(fā)明專利，介紹了一種固體薄膜表面脂肪 酸自組裝單分子超薄潤滑膜的制備方法，這種方法是在固體表面自組裝一層脂肪酸的單分子 層。選取易吸附于固體表面的脂肪酸，配制成稀溶液，將制得的陶瓷膜迅速浸入配置好的脂 肪酸稀溶液于室溫下反應(yīng)24 48分鐘。該方法在制備自組裝薄膜的過程中需要24 96小時(shí) 的時(shí)間來配制前驅(qū)體溶液，這樣使得整個(gè)的成膜周期過長，而且在基片處理的過程中沒有涉 及到具體方法，更沒有涉及到釩酸鉍對(duì)薄膜性能的改進(jìn)和研究。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明公開了一種在玻璃基片表面制備釩酸鉍復(fù)合薄膜的方法，其目的在于克服現(xiàn)有的
制備自組裝薄膜過程成膜周期過長的弊端，本發(fā)明不但制備周期短，制備工藝簡單，而且自
組裝成的復(fù)合薄膜具有良好的減摩性能。
一種在玻璃基片表面制備釩酸鉍復(fù)合薄膜的方法，其特征在于包括如下步驟
A)玻璃基片采用羥基化處理
a) 先將玻璃基片浸于體積比為H2S04 : H202 = 70 : 30的溶液中，于90。C下處理1小時(shí)；
b) 用去離子水超聲清洗后放在防塵裝置內(nèi)的烘箱中干燥；
3c)將處理后的玻璃基片浸入巰基硅烷濃度為0. 1 2. Ommol/L的苯溶液中，靜置6 8 小時(shí)取出，沖洗后用氮?dú)獯蹈桑?br> "再將玻璃基片置于質(zhì)量濃度為30% 60%的硝酸中，在50 8(TC下反應(yīng)1小時(shí)，取 出用去離子水沖洗，得到表面附有磺酸基硅垸薄膜的玻璃基片；
B) 制備釩酸鉍分散液
e) 將釩酸鉍在室溫下按0.1 0.2mg/ml放入N,N-二甲基甲酰胺分散劑，40W超聲波分散 1 4小時(shí),得到穩(wěn)定的釩酸鉍懸浮液；
C) 制備表面沉積有釩酸鉍復(fù)合薄膜的玻璃基片
f) 將表面組裝有磺酸基硅垸薄膜的玻璃基片浸入制備好的釩酸鉍懸浮液中，在20 80。C下靜置4 20小時(shí)；
g) 取出玻璃基片用去離子水沖洗，沖洗后用氮?dú)獯蹈桑@樣就得到表面沉積有改性釩 酸鉍復(fù)合薄膜的玻璃基片。
本發(fā)明工藝簡單，制備周期短，不存在環(huán)境污染問題；在玻璃基片表面制備的釩酸鉍復(fù) 合薄膜可以將摩擦系數(shù)從無薄膜時(shí)的0.8降低到0.1左右，具有十分明顯的減摩作用。此外釩 酸鉍復(fù)合薄膜還具有良好的抗磨損性能，可成為微型機(jī)械理想的邊界潤滑膜。
具體實(shí)施例方式
以下通過具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步描述。但本實(shí)施例并不用于限制本發(fā) 明，凡采用本發(fā)明的相似方法及其相似變化，均應(yīng)列入本發(fā)明的保護(hù)范圍。 實(shí)施例1:
首先，玻璃基片采用羥基化預(yù)處理，處理方法將玻璃基片浸于Pirahan溶液(H2S04 : H202 =70: 3 0 ， V / V)中，于9(TC下處理1小時(shí)，再用大量去離子水超聲清洗20分鐘，放在 一個(gè)防塵裝置內(nèi)的烘箱中干燥，將處理后的玻璃基片浸入巰基硅烷溶液中靜置6小時(shí)，巰基 硅烷溶液的組分摩爾濃度為3 —巰基丙基甲基二甲氧基硅烷0.2mmol/L，溶劑為苯溶液。取 出后分別用氯仿、丙酮、去離子水沖洗，去除表面物理吸附的有機(jī)分子，再用氮?dú)獯蹈芍糜?重量濃度為30%的硝酸中，在8(TC下反應(yīng)1小時(shí)后取出，用大量去離子水沖洗，這樣就把端 巰基原位氧化成磺酸基，得到表面附有磺酸基硅垸薄膜的玻璃基片。
在室溫下將釩酸鉍按0. 15mg/ml放入N，N-二甲基甲酰胺(DMF)分散劑，超聲波分散(40W) 2小時(shí)，得到穩(wěn)定的懸浮液。
將表面組裝有磺酸基硅垸薄膜的玻璃基片浸入制備好的釩酸鉍懸浮液中，在2(TC下靜置4小時(shí)，取出用大量去離子水沖洗，沖洗后用氮?dú)獯蹈?，這樣就得到表面沉積有改性釩酸鉍 復(fù)合薄膜的玻璃基片。
采用SPM—9500原子力顯微鏡(AFM)、 JEM-2010掃描電子顯微鏡(SEM)和PHI— 5702型 X —光電子能譜儀(XPS)來表征得到的復(fù)合膜的表面形貌和化學(xué)成分。采用點(diǎn)接觸純滑動(dòng)微 摩擦性能測量儀測量復(fù)合膜摩擦系數(shù)。
XPS圖譜表明在玻璃基片表面自組裝成的硅烷薄膜中有巰基基團(tuán)；原位氧化后，有高價(jià) 態(tài)硫元素，說明表面的硅烷薄膜上的巰基基團(tuán)成功的原位氧化成了磺酸基基團(tuán)。SEM圖片則 清晰地看到釩酸鉍沉積在玻璃基片的表面，形成了釩酸鉍復(fù)合薄膜。在點(diǎn)接觸純滑動(dòng)微摩擦 性能測量儀上分別測量干凈玻璃基片和玻璃基片表面釩酸鉍復(fù)合膜的摩擦系數(shù)。在玻璃基片 表面制備的釩酸鉍復(fù)合膜可以將摩擦系數(shù)從無膜時(shí)的0. 8降低到0. 12，具有十分明顯的減摩 作用。 實(shí)施例2:
首先，玻璃基片的羥基化預(yù)處理將玻璃基片浸于Pirahan溶液屮，于9(TC下處理1小 時(shí)，再用大量去離子水超聲清洗20分鐘，放在一個(gè)防塵裝置內(nèi)在烘箱中干燥，將處理后的 玻璃基片浸入配制好的巰基硅垸溶液中，靜置7小時(shí)，巰基硅烷溶液的組分摩爾濃度為3 一巰基丙基甲基二甲氧基硅烷1.Ommol/L，溶劑為苯溶液；取出后分別用氯仿、丙酮、去離 子水沖洗去除表面物理吸附的有機(jī)物后，用氮?dú)獯迪轮糜谫|(zhì)量濃度為50%的硝酸中，在65'C 下反應(yīng)1小時(shí)，取出用大量去離子水沖洗，這樣就把端巰基原位氧化成磺酸基，得到表面附 有磺酸基硅烷薄膜的玻璃基片。
在室溫下將釩酸鉍按0. lmg/ml放入N， N-二甲基甲酰胺(DMF)分散劑，超聲波分散(40W) 3小時(shí)，得到穩(wěn)定的懸浮液。
將表面組裝有磺酸基硅烷薄膜的玻璃基片浸入制備好的釩酸鉍懸浮液中，在60'C下靜置 6小時(shí)，取出用大量去離子水沖洗，沖洗后用氮?dú)獯蹈?，這樣就得到表面沉積有改性釩酸鉍 復(fù)合薄膜的玻璃基片。
采用實(shí)施例1中的表征手段對(duì)薄膜質(zhì)量進(jìn)行評(píng)價(jià)。
XPS圖譜表明在玻璃基片表面自組裝成的復(fù)合薄膜中不同的薄膜層中含有磺酸基基團(tuán)以 及鈰元素，且在硅烷薄膜組裝后觀察不到二氧化硅的指標(biāo)。SEM圖片則清晰地看到釩酸鉍沉 積在玻璃基片的表面，形成了釩酸鉍復(fù)合薄膜。在玻璃基片表面制備的釩酸鉍復(fù)合薄膜可以 將摩擦系數(shù)從無膜時(shí)的0. 8降低到0. 11左右，具有十分明顯的減摩作用。
實(shí)施例3:
5首先，玻璃基片的羥基化預(yù)處理將玻璃基片浸于Pirahan溶液中，于9(TC下處理1小時(shí)，再用大量去離子水超聲清洗20分鐘，放在一個(gè)防塵裝置內(nèi)在烘箱中干燥，將處理后的玻璃基片浸入配制好的巰基硅烷中，靜置8小時(shí)，巰基硅垸溶液的組分摩爾濃度為3 —巰基丙基三甲氧基硅烷2.0mmol/L，溶劑為苯溶液；取出后分別用氯仿、丙酮、去離子水沖洗后，用氮?dú)獯蹈芍糜谫|(zhì)量濃度為60%的硝酸中在50"下反應(yīng)1小時(shí)，取出用大量去離子水沖洗，這樣就把端巰基原位氧化成磺酸基，得到表面附有磺酸基硅烷薄膜的玻璃基片。
在室溫下將釩酸鉍按0.2mg/ml放入N,N-二甲基甲酰胺(DMF)分散劑，超聲波分散(40W)4小時(shí)，得到穩(wěn)定的懸浮液。
將表面組裝有磺酸基硅烷薄膜的玻璃基片浸入制備好的釩酸鉍懸浮液中，在8(TC下靜置20小時(shí)，取出用大量去離子水沖洗，沖洗后用氮?dú)獯蹈?，這樣就得到表面沉積有改性釩酸鉍復(fù)合薄膜的玻璃基片。
采用實(shí)施例1中的表征手段對(duì)薄膜質(zhì)量進(jìn)行評(píng)價(jià)。XPS圖譜表明在基片表面上成功地組裝上了巰基硅垸薄膜，并且?guī)€基基團(tuán)被原位氧化成磺酸基；SEM圖片則清晰地看到釩酸鉍沉積在玻璃基片的表面，形成了釩酸鉍復(fù)合薄膜。在玻璃基片表面制備的釩酸鉍復(fù)合薄膜可以將摩擦系數(shù)從無膜時(shí)的0. 8降低到0. 1左右，具有十分明顯的減摩作用。
權(quán)利要求
1、一種在玻璃基片表面制備釩酸鉍復(fù)合薄膜的方法，其特征在于包括如下步驟A)玻璃基片采用羥基化處理a)先將玻璃基片浸于體積比為H2SO4∶H2O2＝70∶30的溶液中，于90℃下處理1小時(shí)；b)用去離子水超聲清洗后放在防塵裝置內(nèi)的烘箱中干燥；c)將處理后的玻璃基片浸入巰基硅烷濃度為0.1～2.0mmol/L的苯溶液中，靜置6～8小時(shí)取出，沖洗后用氮?dú)獯蹈?；d)再將玻璃基片置于質(zhì)量濃度為30％～60％的硝酸中，在50～80℃下反應(yīng)1小時(shí)，取出用去離子水沖洗，得到表面附有磺酸基硅烷薄膜的玻璃基片；B)制備釩酸鉍分散液e)將釩酸鉍在室溫下按0.1～0.2mg/ml放入N，N-二甲基甲酰胺分散劑，40W超聲波分散1～4小時(shí)，得到穩(wěn)定的釩酸鉍懸浮液；C)制備表面沉積有釩酸鉍復(fù)合薄膜的玻璃基片f)將表面組裝有磺酸基硅烷薄膜的玻璃基片浸入制備好的釩酸鉍懸浮液中，在20～80℃下靜置4～20小時(shí)；g)取出玻璃基片用去離子水沖洗，沖洗后用氮?dú)獯蹈?，這樣就得到表面沉積有改性釩酸鉍復(fù)合薄膜的玻璃基片。
全文摘要
一種在玻璃基片表面制備釩酸鉍復(fù)合薄膜的方法，在羥基化的玻璃基片表面用自組裝法制備磺酸基硅烷薄膜，然后玻璃將基片放入N，N-二甲基甲酰胺釩酸鉍分散液中，在其表面沉積釩酸鉍。首先將玻璃基片浸于Pirahan溶液，90℃下處理1小時(shí)，清洗干燥后浸入巰基硅烷溶液，靜置6～8小時(shí)取出沖洗，用氮?dú)獯蹈芍糜谙跛崛芤海玫奖砻娓接谢撬峄柰楸∧さ牟ＡЩ?；再將玻璃基片置入釩酸鉍懸浮液，在20～80℃下靜置4～20小時(shí)，取出用大量去離子水沖洗，沖洗后用氮?dú)獯蹈?，這樣就得到表面沉積有改性釩酸鉍復(fù)合薄膜的玻璃基片。本發(fā)明可以將摩擦系數(shù)從無膜時(shí)的0.8降低到0.1，具有十分明顯的減摩作用。
文檔編號(hào)C03C17/22GK101508529SQ20091004838
公開日2009年8月19日 申請(qǐng)日期2009年3月27日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月27日
發(fā)明者安雙利 申請(qǐng)人:上海第二工業(yè)大學(xué)