一种基于溶菌酶二维纳米薄膜进行金属无电沉积的方法技术

本发明专利技术公开了一种基于溶菌酶二维纳米薄膜进行金属无电沉积的方法，该方法先通过溶菌酶的相转变在基材表面形成一层溶菌酶二维纳米薄膜，然后利用溶菌酶二维纳米薄膜吸附催化剂，再将表面吸附催化剂的基材浸入金属无电沉积液中，使基材表面沉积金属。本发明专利技术基于溶菌酶二维纳米薄膜进行金属无电沉积，不但拓展了基材的选择性，而且溶菌酶二维纳米薄膜本身带正电，可以直接吸附带负电的钯盐催化剂，不需要在基材表面再进行任何其他复杂的聚合反应和接枝反应，操作简单、绿色环保；同时溶菌酶二维纳米薄膜对紫外光和电子束较为敏感，故可在紫外光和电子束曝光后实现表面图案化，简化了图案化的过程。

【技术实现步骤摘要】
一种基于溶菌酶二维纳米薄膜进行金属无电沉积的方法
本专利技术属于金属无电沉积
，具体涉及一种基于溶菌酶二维纳米薄膜进行金属无电沉积的方法。
技术介绍
无电沉积(Electrolessdeposition，ELD)在金属薄膜及图案制备、微电子线路版制造及平板显示技术等方面具有重要意义，特别是选择性无电沉积技术在近年来受到广泛关注。采用无电沉积技术制备金属薄膜，与传统的等离子体气相沉积(PCD)、化学气相沉积(CVD)、电镀等技术相比，具有不需要特殊设备、工艺简单、成本低等优点，且可以在陶瓷、高分子柔性基材等非导体表面，甚至可以在一些复杂三维结构表面实现均一的沉积，因而具有很好的应用前景。无电沉积主要包括三个步骤：(1)基底表面预处理；(2)通过催化剂使表面活化；(3)在沉积液里金属化。在无电沉积技术研究中，钯等一些过渡金属是最为常用的催化剂，金属催化剂在基底材料表面的固定是无电沉积中最关键的步骤。因此，需要对基底进行表面改性，可采用聚合物电解质对基底表面进行预处理，也可利用紫外光引发接枝聚合、表面引发的原子转移自由基聚合(SI-ATRP)改性基材表面。改性后的表面引入丰富的季铵盐等带电基团，通过静电作用固定催化剂。另外，改性过的表面有利于增强沉积金属与基底之间的粘附力。以上这些预处理的方法，操作繁琐，不仅方法不具有普遍性，对基底的选择有很大的限制，而且不利于图案化。通常，图案化的方法可通过光刻胶作为介质，也可利用微接触印刷和喷墨打印的方法，直接把催化剂贵金属离子(金、钯、铂的离子或有机络合物)固定到基底表面。但这些方法都有各自的不足，微接触印刷重复性较差、不利于大面积制备，喷墨打印需要特殊打印设备和墨汁。目前有关于利用多巴胺在基材表面聚合对表面进行处理再利用光刻技术图案化沉积金属的报道，但光刻胶的使用会带来繁琐的操作过程，且不利于绿色环保，此外，经多巴胺改性后的表面往往透明度较低，这无疑会降低沉积金属之后材料的透明度。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于克服上述无电沉积方法存在的不足，提供一种基于溶菌酶二维纳米薄膜进行无电沉积的方法。解决上述技术问题所采用的技术方案包括下述步骤：1、制备溶菌酶二维纳米薄膜将40～50mmol/L三(2-羧乙基)膦的4-羟乙基哌嗪乙磺酸缓冲溶液用NaOH调节至pH值为5.0～6.5，然后将其与2～4mg/mL溶菌酶的4-羟乙基哌嗪乙磺酸缓冲溶液等体积混合均匀，将基材与所得混合液表面接触，室温静置30～50分钟，在基材表面形成一层溶菌酶二维纳米薄膜。2、吸附催化剂将步骤1中表面形成溶菌酶二维纳米薄膜的基材浸泡于5～45mmol/L四氯钯酸铵水溶液中，在黑暗条件下放置5～30分钟，使基材表面吸附催化剂。3、无电沉积金属将表面吸附催化剂的基材浸入金属无电沉积液中，使基材表面沉积金属。上述步骤2中，进一步优选将表面形成溶菌酶二维纳米薄膜的基材图案化后再浸泡于5～45mmol/L四氯钯酸铵水溶液中，在黑暗条件下放置5～30分钟，使基材表面吸附催化剂，其中图案化的方法为：在表面形成溶菌酶二维纳米薄膜的基材上覆盖光掩模，用光照强度为8000～12000μW/cm2的紫外光辐照8～15分钟，使表面形成溶菌酶二维纳米薄膜的基材图案化。上述步骤2中，进一步优选四氯钯酸铵水溶液的浓度为20～30mmol/L，在黑暗条件下放置10～15分钟。上述步骤3中，所述的金属为铜、银、镍、金等，其中铜、银、镍、金的无电沉积液与现有技术中公开的无电沉积液相同。上述基材的类型为玻璃、硅、二氧化硅、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、纤维、头发丝、聚酰亚胺(PI)、聚乙烯(PE)、聚丙烯(BOPP)、聚碳酸酯(PC)、聚二甲基硅氧烷(PDMS)等，其形状为一维线性结构、二维平面结构、三维立体结构。本专利技术基于溶菌酶二维纳米薄膜进行无电沉积，首先溶菌酶二维纳米薄膜可在任意固液界面上形成，并能够很稳定地粘附在基材表面，拓展了基材的选择性，既可以粘附在无机非金属基材(如玻璃、硅、二氧化硅等)表面，也可粘附在聚合物基材(如PET、纤维、PI、PE、BOPP、PC、PDMS等)表面，基材形状可为一维线性结构(如纤维等)、二维平面结构(玻璃片、硅片、二氧化硅片、相纸等)、三维立体结构(如树脂基3D打印结构等)；其次，溶菌酶二维纳米薄膜本身带正电，故可以直接吸附带负电的钯盐催化剂，而不需要在基材表面再进行任何其他复杂的聚合反应和接枝反应，操作简单、绿色环保；第三，溶菌酶二维纳米薄膜对紫外光和电子束较为敏感，故可在紫外光和电子束曝光后实现表面图案化，这在很大程度上简化了图案化的过程；最后，此种方法沉积的金属和基材之间的附着力很好，不但能抵抗住Scotch-Tape胶带的撕拉，而且柔性基材即使扭曲变形后依然可以粘附的很好。附图说明图1是实施例1中毛线表面沉积金属铜的扫描电镜图。图2是实施例2中硅片表面图案化的溶菌酶二维纳米薄膜的偏光显微镜图。图3是实施例2中在硅片表面图案化沉积金属铜的扫描电镜图。图4是实施例3中在PET表面图案化沉积金属铜的照片。图5是实施例4中在PET表面图案化沉积金属银的扫描电镜图。图6是实施例5中沉积铜之前“花瓶”的照片。图7是实施例5中沉积铜之后“花瓶”的照片。图8是实施例6中在头发丝表面沉积金属银的扫描电镜图。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术进一步详细说明，但本专利技术的保护范围不仅限于这些实施例。实施例11、制备溶菌酶二维纳米薄膜将0.1433g三(2-羧乙基)膦加入10mL10mmol/LpH值为7.4的4-羟乙基哌嗪乙磺酸缓冲溶液中，配制成50mmol/L三(2-羧乙基)膦的4-羟乙基哌嗪乙磺酸缓冲溶液，然后用NaOH调节其pH值至6.0，记为溶液1；将20mg溶菌酶加入10mL10mmol/LpH值为7.4的4-羟乙基哌嗪乙磺酸缓冲溶液中，配制成2mg/mL溶菌酶的4-羟乙基哌嗪乙磺酸缓冲溶液，记为溶液2；将150μL溶液1与150μL溶液2混合均匀，然后将4cm长的毛线浸入所得混合液中，室温静置30分钟，取出毛线先用超纯水冲洗干净再真空干燥，在毛线表面形成一层溶菌酶二维纳米薄膜。2、吸附催化剂将步骤1中表面形成溶菌酶二维纳米薄膜的毛线浸泡于25mmol/L四氯钯酸铵水溶液中，在黑暗条件下放置20分钟，使毛线表面吸附催化剂。3、无电沉积铜将0.195gCuSO4·5H2O、0.18gNaOH和0.435g酒石酸钾钠依次溶于15mL超纯水中，配制成溶液A；取500μL质量分数为37％～40％的甲醛水溶液加超纯水稀释至50mL，配制成溶液B；将溶液A和溶液B等体积混合，得到铜的无电沉积液。将步骤2中表面吸附催化剂的毛线浸入铜的无电沉积液中，5分钟后取出用超纯水冲洗干净。如图1所示，毛线表面沉积上了金属铜。实施例21、制备溶菌酶二维纳米薄膜将0.1433g三(2-羧乙基)膦盐酸加入10mL10mmol/LpH值为7.4的4-羟乙基哌嗪乙磺酸缓冲溶液中，配制成50mmol/L三(2-羧乙基)膦的4-羟乙基哌嗪乙磺酸缓冲溶液，然后用NaOH调节其pH值至6.0，记为溶液1；将20mg溶菌酶加入10mL10mmol/LpH值为7.4的4-羟乙基哌嗪乙磺酸缓冲溶液中，配制成2mg/mL溶菌本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于溶菌酶二维纳米薄膜进行金属无电沉积的方法，其特征在于它包括下述步骤：(1)制备溶菌酶二维纳米薄膜将40～50mmol/L三(2‑羧乙基)膦的4‑羟乙基哌嗪乙磺酸缓冲溶液用NaOH调节至pH值为5.0～6.5，然后将其与2～4mg/mL溶菌酶的4‑羟乙基哌嗪乙磺酸缓冲溶液等体积混合均匀，将基材与所得混合液接触，室温静置30～50分钟，在基材表面形成一层溶菌酶二维纳米薄膜；(2)吸附催化剂将步骤(1)中表面形成溶菌酶二维纳米薄膜的基材浸泡于5～45mmol/L四氯钯酸铵水溶液中，在黑暗条件下放置5～30分钟，使基材表面吸附催化剂；(3)无电沉积金属将表面吸附催化剂的基材浸入金属无电沉积液中，使基材表面沉积金属。

【技术特征摘要】
1.一种基于溶菌酶二维纳米薄膜进行金属无电沉积的方法，其特征在于它包括下述步骤：(1)制备溶菌酶二维纳米薄膜将40～50mmol/L三(2-羧乙基)膦的4-羟乙基哌嗪乙磺酸缓冲溶液用NaOH调节至pH值为5.0～6.5，然后将其与2～4mg/mL溶菌酶的4-羟乙基哌嗪乙磺酸缓冲溶液等体积混合均匀，将基材与所得混合液接触，室温静置30～50分钟，在基材表面形成一层溶菌酶二维纳米薄膜；(2)吸附催化剂将步骤(1)中表面形成溶菌酶二维纳米薄膜的基材浸泡于5～45mmol/L四氯钯酸铵水溶液中，在黑暗条件下放置5～30分钟，使基材表面吸附催化剂；(3)无电沉积金属将表面吸附催化剂的基材浸入金属无电沉积液中，使基材表面沉积金属；上述基材的类型为玻璃、硅、二氧化硅、聚对苯二甲酸乙二醇酯、纤维、头发丝、聚酰亚胺、聚乙烯、聚丙烯、聚碳酸酯、聚...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨鹏，李倩，王德辉，哈媛，
申请(专利权)人：陕西师范大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61