[發明專利]一種電場誘導聚合物基功能梯度復合微米柱的制造方法

有效

• 申請號: 201610858459.4
• 申請日: 2016-09-28
• 公開（公告）號: CN106430079B
• 公開（公告）日: 2017-12-26
• 發明（設計）人: 蔣維濤;劉紅忠;雷彪;陳邦道;史永勝;尹磊
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: B81C1/00
• 分類號: B81C1/00;B82Y30/00
• 代理公司: 西安智大知識產權代理事務所61215
• 代理人: 賀建斌

技術領域

本發明屬于功能梯度材料技術領域，特別涉及一種電場誘導聚合物基功能梯度復合微米柱的制造方法。

背景技術

功能梯度材料是一種具有獨特性能的新材料，所謂功能梯度材料，是在材料的制備過程中，選擇兩種或兩種以上性質不同的材料，通過連續地控制材料的微觀要素(包括組成和結構)，使其沿某一方向由一側向另一側呈連續性變化或非連續性變化，從而使材料的性質和功能也呈梯度變化的新型材料。

目前，功能梯度材料的制備方法主要有組分用量調控法、粉末冶金法、自蔓延高溫合成法、等離子噴涂法、激光融覆法、電沉積法、氣相沉積法、離心鑄造法、熔滲法、3D打印法等。除了上述復合技術外，還有仿生技術、凝膠澆注技術、微波合成與燒結技術、自組裝技術和超分子復合技術。但這些方法不同程度的存在一些不足之處。比如粉末冶金法工序比較復雜，制得的梯度材料有一定的孔隙，只適合燒結類型的材料；自蔓延高溫合成法較難控制，材料致密度低，孔隙率較大，機械強度較低；等離子噴涂法存在電弧干擾及涂層不太均勻問題；激光融覆法激光溫度過高，涂層表面有時會出現裂紋或孔洞；氣相沉積法沉積速度低，且不能連續控制成分分布等問題。工藝復雜或者不穩定以及所需設備復雜昂貴是制約這些方法廣泛應用的關鍵所在。

發明內容

為了克服上述現有技術的缺點，本發明的目的在于提供一種電場誘導聚合物基功能梯度復合微米柱的制造方法，具有制備工藝簡單、成分連續變化且可控的優點。

為了實現上述目的，本發明采取的技術方案如下：

一種電場誘導聚合物基功能梯度復合微米柱的制造方法，包括以下步驟：

1)制備具有微電極陣列的A極板和B極板，通過濺射、光刻、剝離工藝獲得A極板和B極板：A極板包括A基底、A導電層、過渡層和A微電極，其中A導電層厚度100～1000nm，過渡層厚度50～500nm，A微電極厚度T1＝100～1000nm，過渡層和A微電極直徑D1＝5～600μm，間距L1＝5～1000μm，中心距K1＝10～2000μm；B極板包括B基底、B導電層和B微電極，其中B導電層厚度100～1000nm，B微電極厚度T2＝100～1000nm，B微電極直徑D2＝5～600μm，間距L2＝5～1000μm，中心距K2＝10～2000μm；

2)制備聚合物和粒子的復合材料薄膜，按照聚合物和粒子重量比50:1～5:1配制復合材料溶液，通過真空處理去除復合材料溶液中的氣泡，然后設置轉速為200～3000轉/分旋涂在襯底表面獲得復合材料薄膜；

3)轉移復合材料薄膜到B微電極表面，先把B極板翻轉使得B微電極表面與復合材料薄膜相向而對，然后降落B極板至B微電極表面與復合材料薄膜接觸上；保持10～30秒，提升B極板使B微電極與襯底表面的復合材料薄膜完全脫離，B微電極表面會粘附復合材料液滴狀溶液，實現復合材料薄膜轉移到B微電極表面；

4)制備具有粒子功能梯度的復合材料微米柱陣列，通過對準系統使A極板的A微電極與B極板的B微電極一一對應且中心點重合，降落A極板使A微電極與B極板的B微電極表面粘附的復合材料液滴狀溶液接觸，繼續下降使得復合材料液滴狀溶液完全覆蓋A微電極表面；然后在50～75℃預加熱處理5～100秒；提升A極板，A微電極與B微電極之間的復合材料被拉伸為復合材料微米柱；接通A導電層和B導電層，直流電壓100～1000伏，施加電場驅動復合材料中的粒子遷移，使粒子連續地梯度分布；在85～160℃加熱60～300秒使復合材料固化，得到具有粒子功能梯度的復合材料微米柱陣列；

5)分離A極板得到兩端帶有A微電極和B微電極的聚合物基功能梯度復合微米柱陣列：將A極板、B極板和具有粒子功能梯度的復合材料微米柱陣列一起浸沒在裝有腐蝕液的液槽中，腐蝕液濕法腐蝕過渡層實現A極板的脫離；然后清洗吹干得到兩端帶有A微電極和B微電極的高度為H的聚合物基功能梯度復合微米柱陣列。

所述的步驟1)中的A導電層和B導電層為單層金薄膜、單層銅薄膜、單層鉑薄膜、單層ITO薄膜或金、銅、鉑、ITO任意組合的多層薄膜。

所述的步驟1)中的過渡層為鋁或導電膠帶。

所述的步驟1)中K1＝K2；

所述的步驟2)中聚合物為PDMS(聚二甲基硅氧烷)、SU-8光刻膠或PU(聚氨酯)。

所述的步驟2)中粒子為鐵、銅、鎳金屬粒子，或氧化鐵、氧化鋁金屬氧化物粒子，或石墨烯、碳納米管、陶瓷粒子。

所述的步驟2)聚合物的介電常數與粒子的介電常數比值大于1.5。