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一種液體潤濕性能可控的表面制備方法與流程

文檔序號(hào):11229396閱讀:1495來源:國知局
一種液體潤濕性能可控的表面制備方法與流程

本發(fā)明屬于材料表面改性領(lǐng)域,尤其涉及一種液體潤濕性能可控的表面制備方法。



背景技術(shù):

潤濕性能是固體表面的固有性質(zhì)之一,主要與固體表面化學(xué)性質(zhì)和表面微觀幾何結(jié)構(gòu)兩個(gè)因素相關(guān),其對(duì)材料在液體傳輸、霧氣收集、防腐蝕等領(lǐng)域具有重要的影響。潤濕性的調(diào)控是指在外部條件的刺激下,潤濕特性發(fā)生的可逆轉(zhuǎn)變?,F(xiàn)有技術(shù)下,使?jié)櫇裉匦园l(fā)生可逆轉(zhuǎn)變的外部條件主要包括力學(xué)方法、光學(xué)方法、電場(chǎng)方法、熱和化學(xué)方法等。

如雷勝教授等人在中國科學(xué)材料(sciencechinamaterials)第59卷第5期上發(fā)表的題為“銀表面超疏水性與超親水性的可逆轉(zhuǎn)變研究”(reversiblewettabilitybetweensuperhydrophobicityandsuperhydrophilicityofagsurface)的論文,文中記載了通過重復(fù)紫外光照射和熱處理過程,鍍銀表面可以實(shí)現(xiàn)超疏水和超親水之間的多次轉(zhuǎn)換;鐘敏霖教授等人在elsevier膠體與界面科學(xué)(journalofcolloidandinterfacescience)發(fā)表的題為“超親水性對(duì)皮秒激光微結(jié)構(gòu)鋁在環(huán)境空氣中的超疏水性轉(zhuǎn)變”(superhydrophilicitytosuperhydrophobicitytransitionofpicosecondlasermicrostructuredaluminuminambientair)的論文,文中探索了皮秒激光微結(jié)構(gòu)鋁表面從超親水性質(zhì)的過渡到超疏水性在環(huán)境條件下的機(jī)制;中科院江雷院士課題組在德國期刊《先進(jìn)材料(advancedmaterials)》第19卷第18期上發(fā)表的題名為“超疏水和超親水之間轉(zhuǎn)變的多重響應(yīng)表面(multiresponsivesurfaceschangebetweensuperhydrophilicityandsuperhydrophobicity)”的論文,文中記載了使用溫度和ph值對(duì)表面潤濕性進(jìn)行調(diào)控的過程。

現(xiàn)有技術(shù)的不足是:實(shí)現(xiàn)反復(fù)調(diào)控比較復(fù)雜,而且不能同時(shí)具備多種調(diào)控方式,不太適用于微流體系統(tǒng)以后潤濕性的研究與調(diào)節(jié)。



技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素:

為了解決上述問題,本發(fā)明提供一種液體潤濕性能可控的表面制備方法,進(jìn)而實(shí)現(xiàn)表面潤濕性能的調(diào)控,并且其制備簡單,操作方便,易于加工,成本低廉。

為此采用如下的技術(shù)方案:

一種液體潤濕性能可控的表面制備方法,其特征在于包括以下步驟:

步驟(1)制備涂覆液:將聚二甲基硅氧烷的預(yù)聚物與交聯(lián)劑以質(zhì)量為10:1的比例混合攪拌均勻,之后放置在真空干燥箱中用真空泵抽取20min,去除溶液中的氣泡,制得聚二甲基硅氧烷的涂覆液;

步驟(2)制備掩模板:取一片長50mm、寬25mm、厚1mm的硅模板,利用三維繪圖軟件繪制出凹槽結(jié)構(gòu)的排布圖,所述凹槽結(jié)構(gòu)的排布圖是在模板正面以單元凹槽陣列,單元凹槽寬為10μm、深為40μm,凹槽間間距為10μm,;然后以繪制的凹槽結(jié)構(gòu)的排布圖為參照,對(duì)硅模板進(jìn)行加工處理;選用的基底為玻璃基底,并對(duì)其進(jìn)行預(yù)清洗,即將玻璃基底依次在丙酮、無水酒精、去離子水中超聲10~20min,超聲頻率為50~100hz,之后用水洗凈并進(jìn)行干燥處理;

步驟(3)旋涂涂覆液:將處理好的硅模板緊密貼合在預(yù)清洗后的玻璃基底表面上;將步驟(1)制備的涂覆液通過旋涂的方式均勻覆蓋在掩模板表面,具體旋涂方式的旋涂次數(shù)為1次,所用旋涂機(jī)主軸轉(zhuǎn)速為8000rad/min,旋涂時(shí)長為20s,之后將旋涂有涂覆液的模板以溫度為75℃干燥20min,從而在掩模板表面上形成涂覆液的薄膜;

步驟(4)制備柔性波狀結(jié)構(gòu):準(zhǔn)備厚度為1mm、寬為25mm的vhb膠帶,先將vhb膠帶拉伸,并維持50%的應(yīng)變量,然后將步驟(3)制得的掩蓋板旋涂有涂覆液薄膜的一面與拉伸后的vhb膠帶緊密貼合,在溫度為80℃-90℃的烘箱中處理2個(gè)小時(shí);之后將玻璃基底與硅模板揭下,復(fù)制了硅模板梯度結(jié)構(gòu)的涂覆液薄膜便與vhb膠帶緊密貼合;最后釋放對(duì)vhb膠帶的拉力,緊貼在vhb膠帶表面上的聚二甲基硅氧烷薄膜便由于收縮力在其表面上產(chǎn)生波狀微表面結(jié)構(gòu);

步驟(5)潤濕性能的調(diào)控:潤濕性能的調(diào)控分為兩種,一是在步驟(4)中控制vhb膠帶拉伸的應(yīng)變量,從而控制柔性基底波形的幅值和頻率,進(jìn)而控制液滴接觸狀態(tài)控制潤濕性能;二是對(duì)于形成的柔性波形多級(jí)微結(jié)構(gòu)再次拉伸,控制液滴潤濕性能。

根據(jù)本發(fā)明所述的制備方法制備的液體潤濕性能可控的表面,其特征在于:可以通過簡單的力學(xué)控制實(shí)現(xiàn)潤濕性能的控制,既可在步驟(4)中控制基底vhb的拉伸應(yīng)變量控制波形表面的幅值和頻率,也可對(duì)波形表面進(jìn)行原位拉伸調(diào)控實(shí)現(xiàn)潤濕性能的改變。

本發(fā)明的有益效果是:

1)利用機(jī)械力學(xué)方法,可精確控制表面的微觀結(jié)構(gòu),從而實(shí)現(xiàn)了表面潤濕性調(diào)控,調(diào)控效果明顯;

2)實(shí)驗(yàn)方案易于實(shí)現(xiàn),并可進(jìn)行加工調(diào)控和原位調(diào)控兩種調(diào)控,適用于實(shí)驗(yàn)研究和現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)控制;

3)在微流體研究中,可實(shí)現(xiàn)液滴wenzel狀態(tài)和cassie-baxter狀態(tài)的轉(zhuǎn)換,這對(duì)于液滴狀態(tài)的控制至關(guān)重要。

附圖說明

圖1為液體潤濕性能可控表面的制備方法示意圖,其中標(biāo)號(hào)為:1-vhb膠帶,2-涂覆液的薄膜,3-掩模板,4-玻璃基底,5-柔性波形多級(jí)微結(jié)構(gòu)。

圖2為不同應(yīng)變量下(制備)液滴潤濕狀態(tài)圖,其中:y軸為液滴在波形表面的接觸角;x軸是vhb的應(yīng)變量;θ0為液滴在此材料的本征接觸角;w、cb是液滴在微結(jié)構(gòu)表面的兩種潤濕狀態(tài)形式,w是指wenzel潤濕狀態(tài),cb是指cassie-baxter潤濕狀態(tài),w-cb指液滴在二級(jí)與一級(jí)微結(jié)構(gòu)上分別處于wenzel狀態(tài)、cassie-baxter狀態(tài);w-w指液滴在二級(jí)與一級(jí)微結(jié)構(gòu)上均處于wenzel狀態(tài);cb-cb指液滴在二級(jí)與一級(jí)微結(jié)構(gòu)上均別處于cassie-baxter狀態(tài);cb-w指液滴在二級(jí)與一級(jí)微結(jié)構(gòu)上分別處于cassie-baxter狀態(tài)、wenzel狀態(tài)。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖進(jìn)一步說明本發(fā)明。

參照附圖。本實(shí)施例包括以下步驟:步驟(1)制備涂覆液:將聚二甲基硅氧烷的預(yù)聚物與交聯(lián)劑以質(zhì)量為10:1的比例混合攪拌均勻,之后放置在真空干燥箱中用真空泵抽取20min,去除溶液中的氣泡,制得聚二甲基硅氧烷的涂覆液;

步驟(2)制備掩模板:取一片長50mm、寬25mm、厚1mm的硅模板,利用三維繪圖軟件繪制出凹槽結(jié)構(gòu)的排布圖,所述凹槽結(jié)構(gòu)的排布圖是在模板正面以單元凹槽陣列,單元凹槽寬為10μm、深為40μm,凹槽間間距為10μm,;然后以繪制的凹槽結(jié)構(gòu)的排布圖為參照,對(duì)硅模板進(jìn)行加工處理;選用的基底為玻璃基底4,并對(duì)其進(jìn)行預(yù)清洗,即將玻璃基底依次在丙酮、無水酒精、去離子水中超聲10~20min,超聲頻率為50~100hz,之后用水洗凈并進(jìn)行干燥處理;

步驟(3)旋涂涂覆液:將處理好的硅模板緊密貼合在預(yù)清洗后的玻璃基底表面上;將步驟(1)制備的涂覆液通過旋涂的方式均勻覆蓋在掩模板3表面,具體旋涂方式的旋涂次數(shù)為1次,所用旋涂機(jī)主軸轉(zhuǎn)速為8000rad/min,旋涂時(shí)長為20s,之后將旋涂有涂覆液的掩模板3以溫度為75℃干燥20min,從而在硅模板表面上形成涂覆液的薄膜2;

步驟(4)制備柔性波狀結(jié)構(gòu):準(zhǔn)備厚度為1mm、寬為25mm的vhb膠帶1,先將vhb膠帶拉伸,并維持50%的應(yīng)變量,然后將步驟(3)制得的掩模板3旋涂有涂覆液薄膜的一面與拉伸后的vhb膠帶緊密貼合,在溫度為80℃的烘箱中處理2個(gè)小時(shí);之后將玻璃基底與掩模板3揭下,復(fù)制了掩模板3梯度結(jié)構(gòu)的涂覆液薄膜便與vhb膠帶緊密貼合;最后釋放對(duì)vhb膠帶的拉力,緊貼在vhb膠帶表面上的聚二甲基硅氧烷薄膜便由于收縮力在其表面上產(chǎn)生柔性波形多級(jí)微結(jié)構(gòu)5;

步驟(5)潤濕性能的調(diào)控:潤濕性能的調(diào)控分為兩種,一是在步驟(4)中控制vhb膠帶拉伸的應(yīng)變量,從而控制柔性基底波形的幅值和頻率,進(jìn)而控制液滴接觸狀態(tài)控制潤濕性能,多級(jí)微結(jié)構(gòu)本征接觸角的變化范圍約為136°至170°,一級(jí)微結(jié)構(gòu)本征接觸角的范圍約為124°至162°并且均可實(shí)現(xiàn)wenzel狀態(tài)和cassie-baxter潤濕狀態(tài)的過度轉(zhuǎn)換;二是對(duì)于形成的柔性波形多級(jí)微結(jié)構(gòu)再次拉伸,控制液滴潤濕性能。對(duì)于兩種調(diào)控,都可控制拉伸應(yīng)變量(如30%、50%、70%或者更加詳細(xì))采集研究液滴接觸角即存在狀態(tài),建立與應(yīng)變量相對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)并進(jìn)行研究與運(yùn)用。

本說明書實(shí)施例所述的內(nèi)容僅僅是對(duì)發(fā)明構(gòu)想的實(shí)現(xiàn)形式的列舉,本發(fā)明的保護(hù)范圍不應(yīng)當(dāng)被視為僅限于實(shí)施例所陳述的具體形式,本發(fā)明的保護(hù)范圍也包括本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思所能夠想到的等同技術(shù)手段。

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