[發明專利]一種長度可控的聚合物納米柱陣列的制備方法

有效

• 申請號: 201310263006.3
• 申請日: 2013-06-27
• 公開（公告）號: CN103360614A
• 公開（公告）日: 2013-10-23
• 發明（設計）人: 葉雄英;王敏;馮金揚
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: C08J5/00
• 分類號: C08J5/00;B82Y40/00;C08L25/06;C08L69/00;C08L33/12;C08L23/12;C08L79/08;C08L63/00;C08L67/02;C08L61/16;C08L81/06
• 代理公司: 西安智大知識產權代理事務所 61215
• 代理人: 賈玉健

技術領域

本發明涉及聚合物納米柱陣列制備的技術領域，具體涉及一種長度可控的聚合物納米柱陣列的制備方法。

背景技術

近年來，垂直排列的聚合物納米柱陣列，在減反射膜、藥物輸運、仿生壁虎腳干性粘合劑和表面改性等領域有廣泛的應用。模板法，尤其是利用多孔陽極氧化鋁（AAO）模板制備聚合物納米柱陣列的方法受到了廣泛的關注。這種方法是利用聚合物對模板的潤濕性復制AAO模板的納米結構，因此調節AAO的尺寸（直徑、孔深）就可以調節聚合物納米柱的尺寸（直徑、長度），然而AAO的制備比較復雜和費時。

有研究小組，利用控制模板法的聚合物流體的浸潤時間（如Organic?tube/rod?hybrid?nanofibers?with?adjustable?segment?lengths?by?bidirectional?template?wetting.Adv.Funct.Mater，2007,17:1327-32）和浸潤溫度（如Control?over?the?hydrophobic?behavior?of?polystyrene?surface?by?annealing?temperature?based?on?capillary?template?wetting?method.Colloid?Surface?A,2007,302:136-40），制備了長度可控的納米柱陣列，這些納米柱的長度不依賴于所用AAO模板的孔深。但是這些方法只適用熱塑性聚合物納米柱陣列的制備，適用范圍受到很大限制。有效控制納米柱的長度，在模板制備法中仍是一個難點。

發明內容

為了解決上述現有技術存在的問題，本發明的目的在于提供一種長度可控的聚合物納米柱陣列的制備方法，該方法得到的聚合物納米柱的長度不依賴于原始模板的孔深，既能用聚合物熔體也可用聚合物溶液浸潤模板制備納米柱陣列，而且所用的模板可以反復使用。

本發明對納米柱長度的調節原理為：叔丁醇TBA溶解PDMS預聚物的體積與溶解時間成正比，故控制浸潤有PDMS預聚物的AAO模板在叔丁醇TBA中的浸泡時間，就能夠控制AAO孔洞中剩余的PDMS的體積，這樣就調節了AAO模板的孔洞深度，而模板復制法得到的聚合物納米柱陣列的尺寸依賴于所復制的孔洞，因此控制浸潤有PDMS的AAO模板在叔丁醇TBA中的浸泡時間可有效調節聚合物納米柱陣列的長度。

為達到以上目的，本發明采用如下技術方案：

一種長度可控的聚合物納米柱陣列的制備方法，首先用PDMS預聚物浸潤AAO模板，待其填滿AAO模板的納米孔洞后，用叔丁醇TBA溶解孔中預設量的PDMS預聚物，然后加熱AAO模板，待PDMS預聚物固化后，就得到了孔深減小的AAO模板；然后用聚合物流體浸潤PDMS填充的AAO模板，待聚合物固化后脫模，就得到聚合物納米柱陣列。

上述所述的制備方法，具體包括如下步驟：

步驟1：首先將AAO模板，先后在去離子水、乙醇和丙酮中超聲清洗5分鐘，然后100℃烘干，隨后制備一定孔深的AAO模板，在AAO模板表面旋涂一層2-20um厚的PDMS預聚物，隨后將其放入真空中保持10-100min，使PDMS預聚物充分浸潤AAO模板；隨后去掉負壓，將孔中填滿PDMS預聚物的AAO模板浸入叔丁醇TBA中1min-5min，同時保持叔丁醇TBA的溫度恒定在30-50℃，使叔丁醇TBA溶解AAO模板表面的PDMS預聚物和AAO模板納米孔洞中部分PDMS預聚物；接著，將AAO模板從叔丁醇TBA中拿出，旋轉離心甩掉表面殘留的溶液；最后將AAO模板放在加熱板上，保持70-150℃，加熱0.5-3h，使AAO模板孔洞中的PDMS預聚物完全固化，就得到了孔深減小了的AAO模板；

步驟2：將PDMS填充的預設孔深的AAO模板與聚合物流體充分接觸，待聚合物固化后，將聚合物從AAO模板揭下，即得到預設長度聚合物納米柱陣列。

步驟2所述聚合物流體為聚合物熔體或聚合物溶液。

所述聚合物為聚苯乙烯PS、聚碳酸酯PC、聚甲基丙烯酸甲酯PMMA、聚丙烯PP、聚酰亞胺PI、環氧樹脂EP、聚對苯二甲酸乙二醇醋PET、聚萘二甲酸乙二醇酯PEN、聚醚醚酮PEEK或聚醚石風PES。

本發明和現有技術相比，具有如下優點：

1、本發明所制備的聚合物納米柱陣列自由站立，尺寸一致。納米柱的長度可以通過填有PDMS預聚物的AAO模板在TBA中的浸潤時間來調節，通過本發明制備的聚合物納米柱陣列的長度不依賴于原始AAO模板的孔深。