[發明專利]一種光響應型的表面皺紋微結構的可控制備方法

有效

• 申請號: 201710101654.7
• 申請日: 2017-02-24
• 公開（公告）號: CN106883438B
• 公開（公告）日: 2020-05-19
• 發明（設計）人: 魯從華;汪娟娟
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: C08J7/12
• 分類號: C08J7/12;C08J7/04;C08J7/00;C09D133/12;C09D167/04;C09D175/04;G03F7/004;G03F7/039;C08L83/04
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 李麗萍

本發明公開了一種光響應型的表面皺紋微結構的可控制備方法，包括：選用聚二甲基硅氧烷(PDMS)彈性體為基底；將PDMS彈性體進行氧等離子體表面活化處理，然后旋涂溶有一定質量分數可降解高分子的有機溶劑溶液構筑軟硬復合體系；對該軟硬復合體系施加外界應力使其表面產生皺紋形貌；對已有的表面皺紋加蓋光掩膜進行選擇性紫外光照，利用高分子光降解反應中聚合物鏈段的斷裂，引起膜/基復合系統中應力場的擾動，一方面通過控制光照劑量來調控曝光區皺紋形貌的振幅，另一方面通過加蓋光掩膜在鄰近邊界的非曝光區可以調控皺紋圖案的取向。本發明方法潔凈高效，并且避免了昂貴儀器的使用以及繁瑣復雜的操作步驟。

技術領域

本發明涉及智能表面的制備研究，具體涉及一種光響應型的表面皺紋微結構的可控制備方法。

背景技術

能夠對外界環境刺激產生自動響應的新型智能器件的研究和發展，已成為當今材料科學領域的一大研究熱點。其中制備具有特定物理化學性質并能對外加刺激產生響應的智能表面是設計響應性結構的一大途徑。智能表面是指一類在外界刺激下(如光、電、磁、熱以及各種化學參數)，表面物質的物理、化學狀態發生可逆性的變化或者切換的表面。智能表面的研究在多個科學領域，有著極其誘人的應用前景。

表面起皺作為一種為適應體系應力場變化而形成表面微結構的自發過程，近年來引起了研究人員特別濃厚的研究興趣。褶皺現象的出現被認為是一種應力失穩的表現。充分利用薄膜起皺機制帶來的全新啟示來積極促進材料表面的皺紋化，并尋求其在材料物性表征、微納結構構造和柔性器件等方面的潛在應用，是當前表面起皺研究的重點之一。其中，積極探索環境刺激響應型的皺紋微結構在智能表面制備方面的應用作為一個新的研究熱點，近幾年來越來越受到人們的關注。目前已見報道的多為凝膠體系、溫敏性高分子體系等在濕度、溫度等外界刺激下的皺紋圖案響應行為。在所有刺激類型中，光具有潔凈、高效、遠程操作(非物理接觸)、時間和空間上同時可控等優勢。然而對于利用光作為外界刺激進行皺紋微結構的智能調控還少有報道。

發明內容

針對上述現有技術，本發明提供一種光響應型的表面皺紋微結構的可控制備方法。本發明選用PDMS彈性體為基底，可光降解高分子為薄膜材料構筑軟硬復合體系，利用高分子光降解反應中聚合物鏈段的斷裂，引起膜/基復合系統中應力場的擾動，一方面通過控制光照劑量可以調控皺紋形貌的振幅，另一方面通過加蓋光掩膜在鄰近邊界的非曝光區可以得到沿邊界取向的皺紋圖案。其中光能具有潔凈、高效、遠程操作(非物理接觸)、時間和空間上同時可控等優勢，且光降解反應是一類高分子材料普遍具有的特性，適用范圍廣泛。采用本發明的方法避免了昂貴儀器的使用以及繁瑣復雜的操作步驟，在智能表面制備領域有著廣泛的應用前景。

為了解決上述技術問題，本發明提出的一種光響應型的表面皺紋微結構的可控制備方法，包括以下步驟：

步驟一、將PDMS預聚體和交聯劑按質量比為10:1混合后，充分攪拌形成均勻的預聚合物，將上述預聚合物在真空泵中脫氣后澆筑到表面皿中，70℃下加熱4h進行熱交聯固化，得到PDMS彈性體；

步驟二、將步驟一得到的PDMS彈性體進行氧等離子體表面活化處理，然后旋涂溶有0.5-5％質量分數可降解高分子的有機溶劑溶液，真空泵中脫氣除去殘余的有機溶劑，得到軟硬復合體系；

步驟三、對步驟二得到的軟硬復合體系施加外界應力使其表面產生皺紋形貌，從而得到表面起皺的軟硬復合體系；

步驟四、對步驟三得到的表面起皺的軟硬復合體系加蓋光掩膜進行選擇性紫外光照，光照劑量從0-30J cm^-2，從而得到曝光區振幅可調的皺紋形貌，同時在非曝光區得到沿光掩膜邊界取向的皺紋形貌。

本發明中，步驟二中可降解高分子是聚丙烯酸甲酯類、聚乳酸和聚氨酯中的一種。

與現有技術相比，本發明的有益效果是：