[發明專利]具有光電協同響應性的各向異性超順滑界面及其制備方法

在審

• 申請號: 201711204598.6
• 申請日: 2017-11-27
• 公開（公告）號: CN107961965A
• 公開（公告）日: 2018-04-27
• 發明（設計）人: 衡利蘋;王祖彬;劉瑤
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: B05D5/08
• 分類號: B05D5/08;B05D7/24;H01L51/42
• 代理公司: 北京眾合誠成知識產權代理有限公司11246
• 代理人: 夏艷

技術領域

本發明涉及仿生超順滑界面材料，特別涉及具有光電協同響應性的各向異性超順滑界面及其制備方法。

背景技術

自然界為人們設計創新型的先進材料提供了新的方法和途徑，向自然學習是先進材料發展的重要源泉。近年來，仿生材料受到了人們越來越多的關注。2011年，美國的Aizenberg等人(Nature,2011,477,443-447.)受豬籠草啟發報道了一種液體注入式超順滑界面，該界面具有良好的自修復性、抗壓穩定性、防污以及自清潔功能。這種超順滑界面在生物醫藥、流體操縱、燃料輸運、防污、自清潔窗戶和自清潔光學器件等領域表現出了巨大的應用前景。通過施加光、電、磁或熱等外界刺激，可以控制液體在超順滑界面上滑動行為，實現液體滑動的智能控制。單一外界刺激作用下的液體滑動控制往往存在響應速度慢及控制靈活性差等缺點，同時限制了其在復雜環境條件下的應用。為了實現更有效的控制液體在超順滑界面上的滑動行為，多重刺激作用下的相互協同控制，特別是光電協同刺激作用，會使液體滑動行為的調控更智能，更精準。要實現光電協同控制液體在超順滑界面上的滑動行為，必須采用導電的基底薄膜，同時引入具有光伏特性的材料。

現有技術在制備液體注入式超順滑界面時，大多采用自組裝法、水模板法、水熱法，但是這些方法效率低、功耗大、對儀器要求高，并且制備出來的薄膜是各向同性的。此外，現有控制液體在超順滑界面上的滑動行為時，多采用單一的電、磁、熱等外界刺激，這些控制方法響應速度慢、控制靈活性差，限制了其在實際領域中的應用。因此本發明提出了采用具有導電性和光伏特性的有機聚合物制備超順滑界面，以實現光電二元協同控制液體在超順滑界面上的滑動行為，使其更好地滿足微流控芯片、微反應器等應用的要求。

發明內容

本發明的目的之一是為了克服現有單一外界刺激控制液體在超順滑界面上的滑動行為具有的響應速度慢和控制靈活性差的缺點，從而提供一種具有光電協同響應性的各向異性超順滑界面，以實現通過光電協同刺激，精確地調控液體在超順滑界面上的滑動行為。

本發明的目的之二是提供一種制備工藝簡單、效率高、所得薄膜具有各向異性的可應用于控制液體滑動行為的聚合物超順滑界面的制備方法。

本發明中應用于光電協同控制液體滑動的各向異性超順滑界面的制備方法，具體包括以下步驟：

(1)將一定濃度的P3HT-PCBM混合溶液通過旋涂法涂覆在ITO或FTO導電玻璃上，運用定向冷凍法在液氮中冷凍；

(2)將上述薄膜放在冷凍干燥機中冷凍干燥6～15小時，得到P3HT-PCBM各向異性多孔薄膜；

(3)將一定粘度的硅油通過旋涂法涂覆在P3HT-PCBM各向異性多孔薄膜中，得到光電響應性的各向異性超順滑界面。

優選的，所述的P3HT-PCBM混合溶液的濃度為1～8mg mL^-1，P3HT與PCBM的質量比為1:(0.2～5)。

優選的，所述的P3HT-PCBM溶液的溶劑為氯仿和1,2-二氯苯的混合溶劑，其體積比為1:(5～15)。

優選的，所述的P3HT-PCBM的旋涂速度為500～3000rpm。

所述的P3HT-PCBM各向異性多孔薄膜，其特征是：P3HT-PCBM具有各向異性，薄膜的厚度為0.2～5μm，孔隙大小為0.2～3μm；其平行方向的水接觸角為110±3.8°，垂直方向的水接觸角為115±2.2°，呈疏水狀態；硅油的接觸角為0°，呈超親硅油狀態。

所述的硅油粘度為2～500cSt，其旋涂速度為2000～8000rpm。

所述的各向異性超順滑界面，其特征是：平行方向的水接觸角為102.5±2.3°，垂直方向的水接觸角為105.6±2.7°，呈疏水狀態；其平行方向的滑動角為3.5±1.9°，垂直方向的滑動角為9.7±2.8°；在2.0V的電壓輔助下，平行和垂直方向的水接觸角隨著光強的增加逐漸減小，滑動角逐漸增大；通過光電協同刺激，從而達到精確調控水滴滑動的目的；在20～80mW cm^-2強度的光輔助下，平行和垂直方向的水滑動角隨著電壓的增加而增加。