[發明專利]一種仿蜉蝣稚蟲復眼結構的親水防霧表面的制備方法

在審

• 申請號: 201710803521.4
• 申請日: 2017-09-08
• 公開（公告）號: CN107500557A
• 公開（公告）日: 2017-12-22
• 發明（設計）人: 韓志武;馮曉明;牛士超;張俊秋;穆正知;李博;王澤;焦志彬;王大凱;張斌杰
• 申請（專利權）人: 吉林大學
• 主分類號: C03C17/00
• 分類號: C03C17/00;G03F7/00
• 代理公司: 長春市四環專利事務所(普通合伙)22103
• 代理人: 張建成

技術領域

本發明涉及一種仿蜉蝣稚蟲復眼結構的親水防霧表面的制備方法，屬于防霧表面和微納米制造技術領域。

背景技術

親水性是指對水有很大的親和能力，可以吸引水分子。如果液滴擴散，潤濕較大面積，接觸角小于90度，則稱表面是親水性的。超親水表面一般是指與水的接觸角接近0度，它能夠讓液滴迅速鋪展形成一層水膜，從而減少光的散射，使表面保持不錯的透過率，實現更好的防霧效果。

自然界的生物為了適應周圍的環境，經過億萬年的進化，使得一些生物擁有了近乎完美的表面結構，展現了迷人的表面潤濕性。目前發現的蚊子、蒼蠅復眼防霧表面皆為微納米復合結構，表現了優異的疏水防霧性能，但制備難度大，不利于大面積加工制備。

生活在水邊霧氣環境中的蜉蝣稚蟲復眼，不僅擁有簡單的微米級結構，而且具有優異的親水防霧功能。本文所制備的一種仿蜉蝣稚蟲復眼結構的親水防霧表面，應用于超親水、自清潔、抗反射、機械潤滑、微流體等領域，并且能夠批量生產。

發明內容

本發明的目的是提供一種仿蜉蝣稚蟲復眼結構的親水防霧表面的制備方法。針對目前親水防霧材料的生產制備主要通過以下兩種途徑：一是在材料表面涂抹防霧涂料、試劑或粘貼防霧薄膜，利用這種涂料或薄膜的親水性達到防霧的效果，但是由于成分是有機物所以結構不穩定、成分容易流失，有些易揮發的防霧劑甚至污染環境，威脅生命健康；二是采用加熱的方法，使物體表面升溫，減小物體與空氣中水汽之間的溫差，從而防止霧的產生，但是此方法需要外帶加熱設備、裝置體積大、維持時間短，適用范圍有限。本發明提出了一種仿蜉蝣稚蟲復眼結構的親水防霧表面的制備方法，該方法所制備的防霧表面不僅結構簡單而且不需要外帶設備。

本發明的制備方法包括以下步驟：

該方法結合了一種紫外光刻和溶膠-凝膠法,以SU-8 2005光刻膠為基材。

一、玻璃基底的清潔：首先，為了提高光刻膠對玻璃基底的附著以及得到更平整的膜；將玻璃基底在丙酮里超聲震洗10min，去除玻璃基底表面的有機物；其次將玻璃基底在無水乙醇里超聲震洗10min，去除將玻璃基底表面殘余的丙酮；接著將玻璃基底在去離子水中震洗10min，去除將玻璃基底表面的無機物；然后將將玻璃基底放在200℃的加熱臺上烘烤10min，用來增加光刻膠與將玻璃基底表面附著力。

二、前軀體溶液的配制：將100ml的水和1ml的濃鹽酸混合均勻，然后取7.2ml配好的鹽酸溶液與22.4ml的TEOS(正硅酸乙酯)投入到密閉容器中，室溫下通過磁力攪拌器攪拌反應30-40min，直到溶液透明無渾濁，得到前軀體溶液；

三、負模板的制備：

1)、掩模板的設計：根據蜉蝣稚蟲復眼單個小眼的尺寸與分布，設計了一種如圖2所示的圓孔陣列掩模板，其單個圓孔的直徑是15um，并且圓孔之間的間隔是16um，由于蜉蝣稚蟲復眼單個小眼的高度為6um，經過精確的計算與反復的實驗，得出光刻膠的旋涂厚度為7um。

2)、光刻膠的涂覆：在玻璃基底上涂覆SU-8 2005光刻膠。SU-8 2005光刻膠的涂覆參數：臺式勻膠機轉速設為2500-3500r/min,30s后放入熱烘板中，在95℃下烘烤2-3min，然后玻璃基底自然冷卻至室溫；

3)、紫外光光刻：利用紫外光光刻：如圖2的掩模板在105-110mJ/cm2的紫外光源下垂直曝光5-8s，再次移入熱烘板，在100℃下烘烤8-10min，冷卻后的玻璃基底在顯影中超聲震洗30s，接著用異丙醇清洗10s，最后用氮氣槍吹干玻璃基底表面，至此得到了光刻膠構成的類似碗狀陣列結構的負模板，如圖3所示。

四、親水防霧表面的形成：在負模板上覆蓋一層潔凈的玻璃片，將負模板和玻璃片的兩端用夾子夾住，然后用移液管將前軀體溶液添加在負模板表面上，由于負模板和玻璃片之間存在毛細力，前軀體溶液能夠自然地滲透到負模板的微結構中，隨后將負模板放入120℃的干燥箱中加熱固化1h，最后為了確保微結構的完整性，使用鑷子小心地將夾子取下，從而得到一種以SiO2為結構材料的仿蜉蝣稚蟲復眼結構的親水防霧表面。

本發明的有益效果是：

1、該防霧表面的尺寸是微米尺度的，因此制備起來相對簡單，并且結構不易破壞，同時紫外光刻制備出的負模板可以重復使用，降低了生產成本，十分有利于工業化大面積生產與應用。

2、該方法制備出的防霧表面的透過率、親水性和防霧性能相比以往有更好的效果，為材料表面潤濕性的研究提供了新思路。

附圖說明

圖1是本發明一種仿蜉蝣稚蟲復眼結構的親水防霧表面的制備過程示意圖。