[發(fā)明專利]一種制備超疏油表面的氣體輔助成形法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210569812.9
• 申請日: 2012-12-25
• 公開（公告）號: CN103030099A
• 公開（公告）日: 2013-04-10
• 發(fā)明（設計）人: 李健
• 申請（專利權）人: 江蘇大學
• 主分類號: B81C1/00
• 分類號: B81C1/00
• 代理公司: 南京知識律師事務所 32207
• 代理人: 盧亞麗

技術領域

本發(fā)明涉及功能表面制備技術領域，特指一種制備超疏油表面的氣體輔助成形法，其適用于聚合物超疏油表面的制備，尤其適用于簡易條件下的超疏油表面的制備。

背景技術

超疏油表面是指能夠使表面張力較小的液滴（如油液液滴）在其表面呈現(xiàn)大接觸角（>130°）的表面。與超疏水表面類似，這種表面具有優(yōu)異的自潔和減阻性能，尤其適用于油液環(huán)境。因此，超疏油表面在近年來得到了廣泛的關注。

已有的文獻（一種新型超疏油表面結構設計方法，國家發(fā)明專利，申請?zhí)朇N201010132465.4；AhujaA,Taylor?J?A,Lifton?V，Sidorenko?AA,Salamon?T?R,Lobaton?E?J,Kolodner?P，Krupenkin?T?N.Nanonails:A?Simple?Geometrical?Approach?to?Electrically?Tunable?Superlyophobic?Surfaces.Langmuir2008,24:9-14.和Tut?eja?A,Choi?W，Ma?M,Mabry?J?M,Mazzella?S?A,Rutledge?G?C,McKinley?G?H,Cohen?RE.Designing?SuperoleophobicSurfaces.Science2007,318:1618-1622.）表明，表面的超疏油功能可通過在表面構造二次凹槽結構來實現(xiàn)的。所以實現(xiàn)表面超疏油性能的難點在于表面上的二次凹槽結構的制備。這些二次凹槽結構具有頂端截面面積大于微納結構靠近基底部位處的截面面積的特性（如附圖1所示，表面基底1上的二次凹槽結構2的頂端寬度大于底端寬度），所以通過普通的模板法難以實現(xiàn)脫模（頂端的大結構被模具孔卡住）。為了構造出具有二次凹槽結構的表面，目前常用的方法是微納加工方法中的Bosch工藝和靜電紡絲方法。Bosch工藝雖然能夠很好地控制微納結構的形狀，但由于其需要較昂貴的設備和較嚴格的真空條件，所以Bosch工藝在超疏油表面制備方面還未得到推廣使用。靜電紡絲方法的成本具有優(yōu)勢，但其產生的二次凹槽結構由隨機沉積的納米尺度細絲形成，所以該方法存在兩個局限：一是二次凹槽結構的可控性和復現(xiàn)性很差，二是納米尺度的細絲形成的二次凹槽結構不夠明顯，所以在液滴自由能發(fā)生波動的情況下，很容易發(fā)生液滴與表面之間的Cassie接觸界面受到破壞的現(xiàn)象（即超疏油狀態(tài)轉換現(xiàn)象），使超疏油狀態(tài)不穩(wěn)定。

總之，超疏油表面制備的難點在于二次凹槽結構的構造，而目前制備超疏油表面方法的Bosch工藝需要價格高昂的設備且制備過程復雜，靜電紡絲方法制備二次凹槽結構的可控性差。為實現(xiàn)超疏油表面的簡易可控制備，本發(fā)明提出一種基于聚合物熱變形的氣體輔助成形法。

發(fā)明內容

本發(fā)明的目的是提供一種用于制備超疏油表面的氣體輔助成形法，實現(xiàn)簡易條件下的聚合物材料的超疏油表面的可控制備。

本發(fā)明按下述技術方案實現(xiàn)：

一種用于制備超疏油表面的氣體輔助成形法，是：（1）將液態(tài)聚合物盛于容器中，將孔類模板覆蓋在液態(tài)聚合物表面并固定其位置，讓部分液體聚合物的表面暴露在外，（2）將容器送入真空干燥箱中抽真空，使被限制在液態(tài)聚合物和模板孔間的空氣在壓強差下膨脹，形成球冠狀的孔陣列，此時對聚合物進行固化處理即可實現(xiàn)二次凹槽結構的制備。

上述方法中，所使用的模板為孔陣列模板或槽陣列模板，要求模板帶孔或槽的一面與液體聚合物接觸時其內部的空氣能被封閉起來。

上述方法中，所使用的液態(tài)聚合物可為常溫處于液態(tài)且可通過熱固化或光固化的方法實現(xiàn)固化的材料，也可為熱塑性材料，即在溫度較高的情況下材料具有一定的流動和變形性能，對熱塑性材料需要在操作時將所使用的模板、聚合物的溫度升高至熱塑性材料的熔化溫度以上10~30°C。

上述方法中，液態(tài)聚合物盛放在一開口的容器中，液體聚合物的厚度為0.5~10mm，根據(jù)對最終超疏油表面的厚度要求進行確定，使聚合物厚度等于所要求的超疏油表面的厚度。

上述方法中，將模板覆蓋液態(tài)聚合物表面的方式是首先在液體聚合物中投放三個一定厚度的定位塊，使定位塊的上表面與聚合物液面處于同一平面上，將孔陣列模板放置于這三個定位塊上，且?guī)в锌钻嚵械囊幻娉隆?/p>

上述方法中，孔陣列模板不能完全覆蓋聚合物液面，以利于后續(xù)的抽真空處理，使液面的壓強與真空壓強相等。