| 专利类型 | 发明公开 | 法律事件 | 公开; 实质审查; 撤回; |
| 专利有效性 | 无效专利 | 当前状态 | 撤回 |
| 申请号 | CN201210197074.X | 申请日 | 2012-06-14 |
| 公开(公告)号 | CN102718500A | 公开(公告)日 | 2012-10-10 |
| 申请人 | 东华大学; | 申请人类型 | 学校 |
| 发明人 | 白涛; 朱世根; 欧阳辰鑫; 瞿海霞; | 第一发明人 | 白涛 |
| 权利人 | 东华大学 | 权利人类型 | 学校 |
| 当前权利人 | 东华大学 | 当前权利人类型 | 学校 |
| 省份 | 当前专利权人所在省份：上海市 | 城市 | 当前专利权人所在城市：上海市松江区 |
| 具体地址 | 当前专利权人所在详细地址：上海市松江区松江新城人民北路2999号 | 邮编 | 当前专利权人邮编： |
| 主IPC国际分类 | C04B35/624 | 所有IPC国际分类 | C04B35/624 ; C04B35/52 ; C03C17/22 ; B32B17/06 ; B32B18/00 |
| 专利引用数量 | 2 | 专利被引用数量 | 5 |
| 专利权利要求数量 | 10 | 专利文献类型 | A |
| 专利代理机构 | 上海泰能知识产权代理事务所 | 专利代理人 | 黄志达; 谢文凯; |
| 摘要 | 本 发明 涉及一种在玻璃基片上制备稀土修饰 石墨 烯的陶瓷复合 薄膜 的方法，包括：（1）对玻璃基片的表面进行羟基化预处理，得到处理后的玻璃基片；（2）制备稀土溶胶溶液，然后将 石墨烯 置于所得的稀土溶胶溶液中处理4-10h，得到含有稀土修饰过的石墨烯溶胶；（3）将上述处理后的玻璃基片浸入上述含有稀土修饰过的石墨烯溶胶中，静置，将玻璃基片向上提拉出溶胶，干燥；（4）将步骤（3）所得的玻璃基片在80～120℃保温30～90min，然后升温至600～800℃，保温1～5h后，自然冷却至室温，即可。本发明制备工艺简单，成本低，对环境无污染，成膜性好；本发明的复合陶瓷薄膜均匀、致密，具有很好的减摩和抗磨损的特性。 | ||
| 权利要求 | 1.一种在玻璃基片上制备稀土修饰石墨烯的陶瓷复合薄膜的方法，包括： |
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| 说明书全文 | 在玻璃基片上制备稀土修饰石墨烯的陶瓷复合薄膜的方法技术领域背景技术[0002] 微机电系统（MEMS）是指集微型结构的传感器、微型执行器和信号处理与控制电路于一体，形成同时具有信息获取、处理和执行功能的智能微型器件或微型系统。整个系统的加工尺寸为微米数量级，制造材料多选用单晶或多晶硅。微型机械具有体积小、质量轻、能耗低、集成度高和智能化程度高等特点，在生物医学、航空航天、军事和工农业各方面具有广阔的应用前景，并受到世界各国科学界、产业界以及政府部门的高度重视。近年来，有关复合陶瓷膜的摩擦学研究已经成为摩擦学领域的前沿课题之一，陶瓷薄膜材料具有硬度高和化学稳定性好等特点，可望在苛刻环境下作为摩擦学部件而使用。石墨烯是单层碳原子紧密排列而形成的一种碳质新材料，具有单层二维蜂窝状晶格结构。由于其特殊的微观结构，石墨烯表现出许多独特的物理性质。其杨氏模量高达1TPa，断裂强度高达130GPa，是目前所知的强度最高的物质。其热传导系数约为2000-5000W/m·K，是热的优良导体。因此，石墨烯具有极好的力学、热导性和电学性能，在微电子、能源、新材料和生物医药等领域有重大应用前景。石墨烯具有超强的耐磨性和自润滑性,这对于微系统摩擦学的研究来说具有重要的意义。关于硅材料表面改性及其微观机械性能和摩擦磨损性能的研究已取得长足进展,与之相关的材料和技术在MEMS中具有广阔的应用前景。然而,针对MEMS的微观摩擦磨损和润滑本质的研究和相关认识还远未臻于完善,关于硅材料表面改性技术及改性层微观摩擦学性能的研究仍有待于深入；对改性层微观结构与其微观力学和摩擦学性能之间内在联系的认识仍有待于深化；今后应着重加强有关硅表面微纳米化的研究,从而满足MEMS等高技术领域的应用和发展需要。 [0003] 申请号为03114751.8的中国专利公开了一种含有稀土和二氧化硅的二氧化钛纳米薄膜及其制法。采用此种配方制得含有稀土元素和二氧化硅的二氧化钛薄膜，可以提高二氧化钛薄膜的亲水性和光催化性，比较适合用于催化剂，不适合用于减摩的用途。 发明内容[0005] 本发明所要解决的技术问题是提供一种在玻璃基片上制备稀土修饰石墨烯的陶瓷复合薄膜的方法，该方法工艺简单，成本低、效率高，能够在羟基化的玻璃基片上制得一层或多层复合陶瓷薄膜，该复合陶瓷薄膜有着均匀、致密的特点，具有很好的减摩和抗磨损的特点。 [0006] 本发明的一种在玻璃基片上制备稀土修饰石墨烯的陶瓷复合薄膜的方法，包括： [0007] （1）对玻璃基片的表面进行羟基化预处理，得到处理后的玻璃基片； [0008] （2）将钛酸盐溶于乙醇中，加入二乙醇胺，室温下混合均匀，再加入乙醇水溶液，在15～25℃水解1～3h后加入稀土化合物，搅拌，再加入N,N'-二甲基甲酰胺，得到稀土溶胶溶液；将石墨烯置于所得的稀土溶胶溶液中处理4-10h，得到含有稀土修饰过的石墨烯溶胶； [0009] （3）将上述处理后的玻璃基片浸入上述含有稀土修饰过的石墨烯溶胶中，静置，将玻璃基片向上提拉出溶胶，在干燥器中干燥后，烘干； [0010] （4）将步骤（3）所得的玻璃基片在80～120℃保温30～90min，以1～5℃/min的速度升温至600～800℃，保温1～5h后，自然冷却至室温，在玻璃基片上形成掺杂稀土元素修饰石墨烯的陶瓷复合薄膜。 [0011] 步骤（1）所述的羟基化预处理的具体步骤为：将玻璃基片浸入Pirahan溶液中，在室温下静置10～60分钟，用去离子水淋洗后，置于一个防尘装置内在100～120℃干燥0.5～1h。处理出来的玻璃基片羟基化非常完全而且玻璃基底很平整，没有被腐蚀。 [0012] 所述的Pirahan溶液由体积比为70:30的98%的H2SO4溶液和30%的H2O2溶液组成。 [0013] 步骤（2）中所述的将钛酸盐溶于乙醇中乙醇与钛酸盐的摩尔比为2～6：1。 [0014] 步骤（2）中所述的二乙醇胺与钛酸盐的摩尔比为0.2～5：1。 [0015] 步骤（2）中所述的乙醇水溶液由体积比为1：8.5～9.5的水和无水乙醇配制而成的，乙醇水溶液中的水与钛酸盐的摩尔比为1～2：1。 [0016] 步骤（2）中所述的稀土化合物为氯化镧、氯化铈、硝酸镧或硝酸铈。 [0017] 步骤（2）中所述的稀土化合物与钛酸盐的摩尔比是2～5：10。 [0018] 步骤（2）中所述的N,N'-二甲基甲酰胺占稀土溶胶溶液总体积的0.2～1%。 [0019] 步骤（2）中所述的石墨烯在稀土溶胶溶液中的浓度为0.5-5mg/ml。 [0020] 完成步骤（3）后，重复操作步骤（3）1-5次，再进行步骤（4），以在玻璃基片上形成多层掺杂稀土元素修饰石墨烯的陶瓷复合薄膜。 [0021] 本发明采用在溶胶-凝胶法在羟基化的玻璃基片上得到致密、均匀、表面平滑的掺杂稀土元素修饰石墨烯的陶瓷复合薄膜，由于有稀土元素修饰石墨烯的存在，可以改善薄膜的力学性能和摩擦学性质，提高薄膜的减摩性。 [0022] 有益效果： [0023] （1）本发明的制备工艺简单，成本低，对环境无污染，成膜性好； [0024] （2）本发明得到的复合陶瓷薄膜均匀、致密，具有很好的减摩和抗磨损的特性。 具体实施方式[0025] 下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。 [0026] 实施例1 [0027] 在玻璃基片上制备掺杂稀土元素修饰石墨烯的陶瓷复合薄膜，具体步骤为： [0028] （1）对玻璃基片的表面进行羟基化预处理：将玻璃基片浸入Pirahan溶液（由体积比为70:30的98%的H2SO4溶液和30%的H2O2溶液构成）中，在室温下静置30分钟，用大量去离子水淋洗，置于用不锈钢材料制备，用来防止灰尘污染样品的防尘装置内在100℃烘箱中干燥1h。上述条件处理出来的玻璃基片羟基化非常完全而且玻璃基底很平整，没有被腐蚀。 [0029] （2）将钛酸丁脂溶于乙醇中，乙醇与钛酸丁脂的摩尔比为3：1，加入二乙醇胺作为螯合剂，二乙醇胺与钛酸丁脂的摩尔比为1：1，室温下搅拌10h以混合均匀；在所得的溶液中加入由体积比为1：9的水和无水乙醇配制成的乙醇水溶液，乙醇水溶液中的水与钛酸丁脂的摩尔比为2：1，在20℃水解1h，加入氯化镧，氯化镧与钛酸丁脂的摩尔比是0.5：10，搅拌1h，加入N,N'-二甲基甲酰胺，得到含有稀土的溶胶；N,N'-二甲基甲酰胺为溶胶总体积的1％；加入石墨烯，静置8h，石墨烯在溶胶中的浓度是1mg/ml。 [0030] （3）将处理后的玻璃基片浸入含有稀土修饰石墨烯溶胶，静置5min，以3cm/min的速度将玻璃基片向上提拉出溶胶，在干燥器中室温干燥30分钟后，在100℃的烘箱中烘干2小时，使玻璃基片表面的溶胶基本干燥； [0032] 将上述方法得到的玻璃基片上形成的掺杂稀土镧修饰石墨烯的陶瓷复合薄膜进行测试如下： [0033] 采用点接触纯滑动微摩擦性能测量仪测量薄膜摩擦系数。在点接触纯滑动微摩擦性能测量仪上分别测量干净玻璃基片和在玻璃基片上形成的掺杂稀土镧修饰石墨烯的陶瓷复合薄膜与氮化硅球对磨时的摩擦系数。在玻璃基片表面制备的稀土修饰石墨烯陶瓷膜可以将摩擦系数从无膜时的0.6降低到0.1左右，具有十分明显的减摩作用。 [0034] 实施例2 [0035] 在玻璃基片上制备掺杂稀土元素修饰石墨烯的陶瓷复合薄膜，具体步骤为： [0036] （1）对玻璃基片的表面进行羟基化预处理：将玻璃基片浸入Pirahan溶液（由体积比为70:30的98%的H2SO4溶液和30%的H2O2溶液构成）中，在室温下静置30分钟，用大量去离子水淋洗，置于用不锈钢材料制备，用来防止灰尘污染样品的防尘装置内在100℃烘箱中干燥1h。上述条件处理出来的玻璃基片羟基化非常完全而且玻璃基底很平整，没有被腐蚀。 [0037] （2）将钛酸丁脂溶于乙醇中，乙醇与钛酸丁脂的摩尔比为6：1，加入二乙醇胺作为螯合剂，二乙醇胺与钛酸丁脂的摩尔比为1：1，室温下搅拌10h以混合均匀；在所得的溶液中加入由体积比为1：9的水和无水乙醇配制成的乙醇水溶液，乙醇水溶液中的水与钛酸丁脂的摩尔比为1：1，在20℃水解3h，加入氯化铈，氯化铈与钛酸丁脂的摩尔比是1：10，搅拌1h，加入N,N'-二甲基甲酰胺，得到含有稀土的溶胶；N,N'-二甲基甲酰胺为溶胶总体积的 2％；加入石墨烯，静置6h，石墨烯在溶胶中的浓度是2mg/ml。 [0038] （3）将处理后的玻璃基片浸入含有稀土修饰石墨烯的溶胶，静置5min，以3cm/min的速度将玻璃基片向上提拉出溶胶，在干燥器中室温干燥30分钟后，在100℃的烘箱中烘干3小时，使玻璃基片表面的溶胶基本干燥； [0039] （4）将玻璃基片放入马弗炉中，在100℃保温60min，以3℃/min的速度升温至 |
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