【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及薄膜材料表面微纳结构构筑，尤其涉及一种具有二维反蛋白石光子晶体结构的多级皱褶化聚苯胺薄膜及其制备方法。
技术介绍
1、传统表面微图案技术主要通过激光刻蚀、化学刻蚀、光刻、平板印刷和压印等方法实现。该类方法工艺成熟稳定，重复性好，并已经得到工业化应用，但制造设备价格昂贵、操作工序复杂。发展不依赖于传统刻蚀技术，图案形状、尺寸及表面性质可动态调控的分子自组装、界面自组织技术来构建微图案是当前国际的研究热点。自然界中生长应力诱导的丰富的褶皱微图案，为科学家和工程师开发工艺简单、成本低廉的微制造技术提供了灵感。通过在软基底表面沉积硬薄膜，然后施加应力，可以轻松获得多尺度褶皱图案。经过几十年的发展，表面起皱已经成为一种简单高效、成本低廉和结构可控的微结构化方法。
2、聚苯胺是一种高分子化合物，具有特殊的电学、光学性质。经掺杂后可具有导电性及电化学性能。通常被用作柔性制动器等器件，具有微纳结构的聚苯胺材料具有更好的比表面积，因此，将微纳尺寸的皱褶结构引入到聚苯胺薄膜表面，有望在超级电容器、柔性电极和传感器以及功能化涂层等领域展现出优异的性能。专利cn113929950a利用原位沉积聚合的方式在塑料基底上制备一层平整的聚苯胺薄膜，然后通过交替浸泡氧化剂和苯胺单体溶液的方式进一步在膜上生长聚苯胺以诱导模起皱，在塑料上制备得到褶皱化聚苯胺。专利cn114054320a以聚二甲基硅氧烷为基底，通过旋转涂膜技术在pdms基底构筑一层聚苯胺薄膜，然后利用交替通入氯化氢气体和氨气的方式实现pani膜起皱或消皱。该类方法只是在表面
3、由于没有合适的结构导向剂来实现聚苯胺单体组装，因此，通过表面起皱的方法寻找简单构建聚苯胺可控的微纳米表面结构，为聚苯胺图案化构建提供新的思路。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是提供一种具有二维反蛋白石光子晶体结构的多级皱褶化聚苯胺薄膜及其制备方法，本专利技术通过规则排列的表面阵列制备二维有序聚苯胺褶皱，并在二维有序褶皱的表面构筑规则的微纳结构以形成多级褶皱。
2、本专利技术是通过以下技术方案予以实现的：
3、一种具有二维反蛋白石光子晶体结构的多级皱褶化聚苯胺薄膜的制备方法，包括如下步骤：
4、(1)通过气液自组装的方法，制备二维光子晶体微球的导电玻璃；
5、(2)采用电化学原位聚合法，采用三电极体系，以铂片作为对电极，hg/hg2so4为参比电极，载有二维光子晶体微球的导电玻璃为工作电极，含有苯胺的酸性溶液为电解液，将载有二维光子晶体微球的导电玻璃电极置于三电极体系中，得到二维光子晶体微球/聚苯胺薄膜复合材料；
6、(3)将二维光子晶体微球/聚苯胺薄膜复合材料转移到聚二甲基硅氧烷表面，通过力学拉伸的方法，制备得到具有二维反蛋白石光子晶体结构的多级皱褶化聚苯胺薄膜。
7、优选地，步骤(1)具体步骤为：在容器内盛入容器体积2/3左右容量的水，将洁净的玻璃片45°固定，将微球溶液滴加在玻璃片表面，在重力的作用下，微球溶液通过气液自组织的方法在水面实现自组装，随后，将导电玻璃片插入水中，并缓慢地将微球从水面转移至导电玻璃，得到二维光子晶体微球的导电玻璃。
8、进一步优选，所述的微球为聚苯乙烯微球，微球溶液的溶剂为水和正丙醇或水和乙醇的混合液。聚苯乙烯微球直径尺寸为100-5000nm。混合液中水和正丙醇的体积比为4:1-1:2，水和乙醇的体积比为4:1-1:2。
9、进一步优选，微球溶液的质量浓度为1％-10％，微球溶液的滴加速度为0.5-5ml/h。通过微量注射泵将微球滴加在玻璃片表面。
10、优选地，步骤(2)将载有二维光子晶体微球的导电玻璃电极置于三电极体系中，得到二维光子晶体微球/聚苯胺薄膜复合材料的具体步骤为：将载有二维光子晶体微球的导电玻璃电极置于三电极体系中，首先以100-200mv s-1的扫描速度在1.2v(vs.nhe)至0.0v(vs.nhe)电位区间循环10圈完成动电位聚合，然后在电流密度为0.1-0.5ma cm-2条件下采用恒电流法再聚合10-60min，最后将工作电极取出用去离子水清洗并烘干，得到二维光子晶体微球/聚苯胺薄膜复合材料。
11、进一步优选，苯胺的酸性溶液为苯胺和硫酸的混合溶液或苯胺和草酸的混合溶液，苯胺和硫酸的混合溶液中苯胺摩尔浓度为0.1～0.5mol l-1，硫酸摩尔浓度为0.1～0.5mol l-1，苯胺和草酸的混合溶液中，苯胺摩尔浓度为0.1～0.5mol l-1，草酸摩尔浓度为0.1～1.0mol l-1。
12、优选地，步骤(3)具体步骤为：
13、s1：将步骤(2)得到的的二维光子晶体微球/聚苯胺薄膜复合材料放入浸泡液中，刻蚀掉聚苯乙烯微球，得到具有二维反蛋白石光子晶体结构的聚苯胺薄膜，水洗，烘干；
14、s2：取聚乙烯醇水溶液，采用流延法，在具有二维反蛋白石光子晶体结构的聚苯胺薄膜上均匀流延一层聚乙烯醇薄膜，烘干后聚乙烯醇薄膜厚度为30-100μm，得到具有二维反蛋白石光子晶体结构的聚苯胺/聚乙烯醇复合膜；
15、s3：将上述具有二维凡蛋白石光子晶体结构的聚苯胺/聚乙烯醇复合膜缓慢揭下，放入水中浸泡过夜，直至聚乙烯醇完全溶解到水中；
16、s4：将pdms拉伸至一定形变，将水中的具有二维反蛋白石光子晶体结构的聚苯胺薄膜转移至pdms表面，其中，具有二维反蛋白石光子晶体结构的薄膜表面朝上，得到具有二维反蛋白石光子晶体结构的聚苯胺/pdms复合膜；
17、s5：将具有二维反蛋白石光子晶体结构的聚苯胺/pdms复合膜烘干，并缓慢释放形变，得到具有二维反蛋白石光子晶体结构的多级皱褶化聚苯胺薄膜。
18、聚乙烯醇水溶液由如下步骤制备得到：将聚乙烯醇与水混合，升温至85℃，搅拌3h后，得到质量百分比为1％-5％的聚乙烯醇水溶液。
19、进一步优选，步骤s1所述的浸泡液选自甲苯、四氢呋喃、n,n-二甲基甲酰胺和二氯甲烷中至少一种，步骤s2所述的聚乙烯醇水溶液的质量百分比为1％-5％，步骤s4所述的pdms拉伸形变为10％-50％。
20、本专利技术还保护通过上述制备方法得到的具有二维反蛋白石光子晶体结构的多级皱褶化聚苯胺薄膜。本专利技术通过二维光子晶体微球阵列制备二维有序聚苯胺褶皱，并在二维有序褶皱的表面构筑规则的微纳结构以形成多级褶皱。
21、本专利技术还保护具有二维反蛋白石光子晶体结构的多级皱褶化聚苯胺薄膜在表面微图案构建方面的应用本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种具有二维反蛋白石光子晶体结构的多级皱褶化聚苯胺薄膜的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)具体步骤为：在容器内盛入容器体积2/3左右容量的水，将洁净的玻璃片45°固定，将微球溶液滴加在玻璃片表面，在重力的作用下，微球溶液通过气液自组织的方法在水面实现自组装，随后，将导电玻璃片插入水中，并缓慢地将微球从水面转移至导电玻璃，得到二维光子晶体微球的导电玻璃。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述的微球为聚苯乙烯微球，微球溶液的溶剂为水和正丙醇或水和乙醇的混合液。
4.根据权利要求2或3所述的制备方法，其特征在于，微球溶液的质量浓度为1％-10％，微球溶液的滴加速度为0.5-5mL/h。
5.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)将载有二维光子晶体微球的导电玻璃电极置于三电极体系中，得到二维光子晶体微球/聚苯胺薄膜复合材料的具体步骤为：将载有二维光子晶体微球的导电玻璃电极置于三电极体系中，首先以100-200mVs-1的扫描速度在1.2V至0.0
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，苯胺的酸性溶液为苯胺和硫酸的混合溶液或苯胺和草酸的混合溶液，苯胺和硫酸的混合溶液中苯胺摩尔浓度为0.1～0.5mol L-1，硫酸摩尔浓度为0.1～0.5mol L-1，苯胺和草酸的混合溶液中，苯胺摩尔浓度为0.1～0.5mol L-1，草酸摩尔浓度为0.1～1.0mol L-1。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)具体步骤为：
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，步骤S1所述的浸泡液选自甲苯、四氢呋喃、N,N-二甲基甲酰胺和二氯甲烷中至少一种，步骤S2所述的聚乙烯醇水溶液的质量百分比为1％-5％，步骤S4所述的PDMS拉伸形变为10％-50％。
9.权利要求1-8任一项所述的制备方法得到的具有二维反蛋白石光子晶体结构的多级皱褶化聚苯胺薄膜。
10.权利要求9所述的具有二维反蛋白石光子晶体结构的多级皱褶化聚苯胺薄膜在表面微图案构建方面的应用。
...【技术特征摘要】
1.一种具有二维反蛋白石光子晶体结构的多级皱褶化聚苯胺薄膜的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)具体步骤为：在容器内盛入容器体积2/3左右容量的水，将洁净的玻璃片45°固定，将微球溶液滴加在玻璃片表面，在重力的作用下，微球溶液通过气液自组织的方法在水面实现自组装，随后，将导电玻璃片插入水中，并缓慢地将微球从水面转移至导电玻璃，得到二维光子晶体微球的导电玻璃。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述的微球为聚苯乙烯微球，微球溶液的溶剂为水和正丙醇或水和乙醇的混合液。
4.根据权利要求2或3所述的制备方法，其特征在于，微球溶液的质量浓度为1％-10％，微球溶液的滴加速度为0.5-5ml/h。
5.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)将载有二维光子晶体微球的导电玻璃电极置于三电极体系中，得到二维光子晶体微球/聚苯胺薄膜复合材料的具体步骤为：将载有二维光子晶体微球的导电玻璃电极置于三电极体系中，首先以100-200mvs-1的扫描速度在1.2v至0.0v电位区间循环10圈完成动电位聚合，然后在电流密度为...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘海露，李发勇，孙雍荣，
申请(专利权)人：广东省科学院生物与医学工程研究所，
类型：发明
国别省市：
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