[發(fā)明專利]一種制備超疏油表面的液體輔助成形法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210570712.8
• 申請(qǐng)日: 2012-12-25
• 公開（公告）號(hào): CN103030105A
• 公開（公告）日: 2013-04-10
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李健
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 江蘇大學(xué)
• 主分類號(hào): B81C99/00
• 分類號(hào): B81C99/00
• 代理公司: 南京知識(shí)律師事務(wù)所 32207
• 代理人: 盧亞麗

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及功能表面制備技術(shù)領(lǐng)域，特指一種制備超疏油表面的液體輔助成形法，其適用于聚合物超疏油表面的制備，尤其適用于簡(jiǎn)易條件下的超疏油表面的制備。

背景技術(shù)

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。由于能夠使油液液滴具有較大的接觸角，該表面將超疏水表面的性能拓展到了油液環(huán)境，可實(shí)現(xiàn)更加優(yōu)異的自潔和減阻性能。因此，超疏油表面在近年來(lái)得到了廣泛的關(guān)注。

已有的研究（“一種新型超疏油表面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法”，國(guó)家發(fā)明專利，申請(qǐng)?zhí)朇N201010132465.4；Ahuja?A,Taylor?J?A,Lifton?V，?Sidorenko?A?A,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Tuteja?A,Choi?W，Ma?M,Mabry?J?M,Mazzella?S?A,Rutledge?G?C,McKinley?G?H,Cohen?R?E.Designing?Superoleophobic?Surfaces.Science2007,318:1618-1622.）表明，表面的超疏油性能的實(shí)現(xiàn)決定于表面上二次凹槽結(jié)構(gòu)，如附圖1所示，這種二次凹槽結(jié)構(gòu)2的最大特征是基底表面1上的二次凹槽結(jié)構(gòu)2的頂端截面積大于底端的截面積，這使得液面在沿著微結(jié)構(gòu)下降時(shí)，由于結(jié)構(gòu)之間的間隙突然變寬，使得液面與微結(jié)構(gòu)側(cè)壁之間的接觸角減小，一旦該接觸角小于液面在光滑表面上的前進(jìn)接觸角，液面將不會(huì)下降。所以超疏油表面制備的關(guān)鍵在于構(gòu)造出二次凹槽結(jié)構(gòu)表面。

然而，采用目前已有的微加工工藝制備具有二次凹槽結(jié)構(gòu)的表面存在一定困難。由于二次凹槽結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，若采用模板法制備則會(huì)遇到難以脫模的問(wèn)題。為解決難以脫模的問(wèn)題，一種直接的方法就是將模板通過(guò)化學(xué)或熱的方法去除掉，這將使得該模板不再可用，而模板本身的制備是比較困難的，所以這種方法體現(xiàn)不出模板法在成本上的優(yōu)勢(shì)。所以目前一般不采用模板法制備具有超疏油性能的二次凹槽結(jié)構(gòu)表面。為了實(shí)現(xiàn)這些二次凹槽結(jié)構(gòu)的精確制備，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工藝需要在高真空條件下采用等離子體刻蝕待加工表面，獲取結(jié)構(gòu)可控性較好的二次凹槽結(jié)構(gòu)表面。然而，由于Bosch工藝需要高真空條件和等離子體刻蝕設(shè)備，所以其成本較高，難以在簡(jiǎn)易的條件下獲取超疏油表面；而且Bosch工藝相對(duì)于模板法來(lái)說(shuō)，其制備的效率和復(fù)現(xiàn)性都不如模板法。靜電紡絲方法是將所制備的圓柱狀細(xì)絲沉積在表面上后可構(gòu)造出二次凹槽結(jié)構(gòu)。這種方法可在簡(jiǎn)易條件下制備超疏油表面，然而，由于細(xì)絲的直徑很小，構(gòu)造的二次凹槽結(jié)構(gòu)深度有限，這種有限深度的二次凹槽結(jié)構(gòu)使表面的超疏油性能及其穩(wěn)定性都受到影響，而且，由于細(xì)絲排布的規(guī)律性差，使得該方法難以實(shí)現(xiàn)二次凹槽結(jié)構(gòu)的可控制備。

總之，就目前制備超疏油表面方法來(lái)看，采用Bosch工藝需要價(jià)格高昂的設(shè)備且制備過(guò)程復(fù)雜，而采用靜電紡絲法制備二次凹槽結(jié)構(gòu)的可控性差。為實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)易條件下超疏油表面的可控制備，本發(fā)明提出一種液體輔助成形法。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種用于制備超疏油表面的液體輔助成形法，實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)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(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

一種用于制備超疏油表面的液體輔助成形法，是：將輔助成形液體注入到經(jīng)處理后具有選擇性潤(rùn)濕性能的平直表面上，以液體和該平直表面作為模板通過(guò)復(fù)制模塑方法來(lái)實(shí)現(xiàn)二次凹槽結(jié)構(gòu)的制備。

上述方法中，輔助成形液體作為模板使用，要求該液體與復(fù)制模塑法中所使用的液態(tài)聚合物不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)且難以混合，同時(shí)要求該液體對(duì)經(jīng)處理的表面在不同區(qū)域具有不同的潤(rùn)濕響應(yīng)。

上述方法中，經(jīng)處理后具有選擇性潤(rùn)濕性能的平直表面是通過(guò)化學(xué)涂層的方法或物理加工的方法使平直表面上不同區(qū)域具有不同的潤(rùn)濕性能，可通過(guò)一般的實(shí)現(xiàn)超疏水和超親水性能的辦法來(lái)實(shí)現(xiàn)。

上述方法中，將輔助成形液體注入到經(jīng)處理的平直表面上時(shí)，輔助成形液體總停留在潤(rùn)濕區(qū)域，而不會(huì)鋪展了潤(rùn)濕性能差的區(qū)域，使得液體的表面總在不同的潤(rùn)濕性能交界處與表面相交，同時(shí)液體表面的切線與平直表面間形成90°以上的接觸角（決定于不同區(qū)域的潤(rùn)濕性能）。