[發明專利]一種各向同性和各項異性可切換超疏水表面的制備方法

有效

• 申請號: 201610429162.6
• 申請日: 2016-06-16
• 公開（公告）號: CN106082111B
• 公開（公告）日: 2017-05-31
• 發明（設計）人: 成中軍;張恩爽;劉宇艷;呂通;王友善
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: B81C1/00
• 分類號: B81C1/00;C09D163/00
• 代理公司: 哈爾濱龍科專利代理有限公司23206
• 代理人: 高媛

技術領域

本發明涉及一種超疏水表面的制備方法，尤其涉及一種各向同性和各項異性可切換超疏水表面的制備方法。

背景技術

隨著仿生學的不斷發展，研究者發現模仿自然界生物制備人工仿生表面是一種制備特殊功能性表面的有效方法。在自然界中，除了眾所周知的荷葉清潔效應被廣泛啟發用于超疏水表面的制備，一些具有明顯各項異性潤濕表面的特殊植物的葉子、花瓣和鳥的羽毛也引起了研究者濃厚的興趣，對各向異性表面的制備正逐漸成為新的研究熱點。水稻葉子由于其表面具有微米和納米有序排列的等級結構使其具有各向異性潤濕行為。水稻葉表面的微樹突有序地平行于葉子邊緣排列展示出特有的表面特性。超疏水的各向異性潤濕行為使水滴能夠沿著平行于葉子邊緣的方向滾動，阻礙垂直于葉子邊緣的方向滾動。

目前對各向異性浸潤性表面的制備多集中于對靜態各向異性的制備，對于動態各向異性的研究較少。而對可控動態各項異性的研究更是一個全新的方向。

發明內容

本發明針對這一應用需要，提供了一種各向同性和各項異性可切換超疏水表面的制備方法，利用形狀記憶聚合物能夠對材料表面的微觀結構進行可逆控制來實現對表面各向異性浸潤性的調控，為各向異性表面在智能定向微流體運輸提供了一種全新的思路和方法。

本發明的目的是通過以下技術方案實現的：

一種各向同性和各項異性可切換超疏水表面的制備方法，基于形狀記憶環氧樹脂為材料，以可多次重用的Si為初始模板，PDMS作為中間模板，制備出微陣列結構表面(圖1)，通過微溝槽Si為模具進行熱壓印得到各向異性超疏水表面，通過熱觸發可以實現各向異性和各項同性之間的智能切換(圖2)。具體制備步驟如下：

一、以PDMS作為中間模板，制備形狀記憶環氧樹脂微米陣列超疏水表面，該表面顯示出各項同性超疏水性，即垂直和平行于溝槽方向的滾動角為0°，具體步驟如下：

將雙酚A縮水甘油醚環氧樹脂E-51、正辛胺、間苯二甲胺以4:1～2:1～2的摩爾比混合，將混合的預聚物澆筑在PDMS中間模板上，脫模后制得形狀記憶環氧樹脂微米陣列超疏水表面，所述微米陣列為方形陣列，長寬高為10*10*10μm，間距為5～30μm。

二、設計不同寬度的硅微溝槽模板對步驟一所制備的微米陣列進行熱壓印，冷卻后，制備出具有不同寬度(140～340μm)的微溝槽結構的微米陣列，該陣列表現出各向異性超疏水性質，水平和垂直方向滾動角之差可達到10～40^°，具體步驟如下：

首先將制備好的形狀記憶環氧樹脂微米陣列超疏水表面加熱至Tg(100～130℃)溫度以上，然后使用不同寬度(間距分別為140，180，220，260，300，340μm)的硅微溝槽模板在一定載荷(2～5Mpa)下表面進行熱壓印。在載荷下將溫度降低至Tg(100～130℃)以下，撤去載荷，臨時形狀固定。

三、通過熱觸發形狀記憶性質使材料回復至初始微陣列超疏水表面，同時各向異性浸潤性恢復至各向同性，具體步驟如下：

將處于臨時形狀的具有微溝槽結構的微米陣列表面加熱至Tg(100～130℃)以上，材料形狀回復至永久形狀。

本發明具有如下優點：

1、本發明采用的形狀記憶環氧樹脂聚合物具有優秀的形狀記憶性質，且價格低廉，使用廣泛。通過設計實驗參數制備出具有超疏水性質的微陣列表面，與水的靜態接觸角可達到150°，且表面表現出低粘附性質。

2、本發明通過對形狀記憶環氧樹脂賦予溝槽的臨時形狀可以使表面展現出復合微結構，這種復合微結構具有各向異性性質。

3、形狀記憶材料的特殊性質，所制備的復合微結構超疏水表面通過熱觸發可以實現各向同性浸潤性到各向異性浸潤性的切換，這種通過微觀結構變換控制各向異性浸潤性為智能各向異性超疏水提出了一個新方向。

4、本發明所制備的微結構各向異性超疏水表面具有良好的循環性質，即在表面的臨時形狀和永久形狀可以實現多次往復切換，這大大提高了材料的可重用性。

5、各向異性超疏水表面在微流體定向運輸、自清潔等領域具有重大的潛在應用價值。

6、本發明采用模板法結合壓印法制備的各向異性可切換超疏水表面的微結構尺度為10*10*10μm，間距為5～30μm，微溝槽壓印后，表面的靜態各向異性接觸角差值可達2～5°，滾動角之差可達到2～50°。

附圖說明

圖1為各向異性超疏水表面的制備過程示意圖；

圖2為熱壓印微溝槽過程示意圖；

圖3為微陣列掃描電鏡圖片；