[發明專利]一種高分子材料表面褶皺結構的構筑方法

有效

• 申請號: 201911024823.7
• 申請日: 2019-10-25
• 公開（公告）號: CN110734037B
• 公開（公告）日: 2023-01-24
• 發明（設計）人: 吳宜勇;趙會陽;王豪;吳憂;王家寧;孫承月;琚丹丹;郭斌
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: B81C1/00
• 分類號: B81C1/00
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所 23109
• 代理人: 岳泉清

一種高分子材料表面褶皺結構的構筑方法，本發明涉及一種高分子材料表面褶皺結構的構筑方法。本發明的目的是為了解決現有構筑褶皺結構的方法復雜、表面層厚度較薄的問題，本發明方法為：一、基體材料的預清潔；二、用重離子、電子或質子對基體進行輻照處理；三、對輻照后的基體材料進行熱處理，然后置于空氣中冷卻，在基體表面構筑出褶皺結構，即完成。本發明通過控制輻照能量、通量、注量、熱處理溫度和時間實現對褶皺波長和振幅的精確調控，表面層厚度從納米級至毫米級可調。本發明應用于表面微、納結構的構筑領域。

技術領域

本發明涉及一種高分子材料表面褶皺結構的構筑方法。

背景技術

材料表面可控的構筑微、納米級褶皺，尤其是高分子材料表面微結構的仿生制備，在光學調控、智能傳感器、表面增強拉曼散射、熒光增強效應、微納機器人、表面浸潤性、防霧除冰、表面防塵領域具有重要意義，是納米科技領域的重要研究方向。

目前在高分子材料表面構筑褶皺微結構的方案主要包括：(1)在基體表面沉積表面層組成表面層/基體雙層體系的褶皺構筑：在基體表面沉積金、銀、石墨烯、氧化硅表面層形成雙層體系，通過產生應力失配構筑褶皺結構。該方案在基體表面形成了新的表面層，并且表面層通常為硬質層，限制了對基體的功能使用；(2)在非均勻性漸變型基體上的褶皺構筑：該方案對基體要求較高，實際應用中具有很大的局限性；(3)在同質均勻性基體上的褶皺構筑：該方案能最大限度的保持基體的功能特性。目前基于同質均勻基體的表面褶皺構建手段主要有反應等離子體刻蝕(RIE)、紫外/O₃輻照、激光輻照，這些方案普遍存在制備方案復雜、表面層厚度較薄，大多微納米、難以實現大面積制備、成本高的不足。因此開發出廣泛適用于各種基體、操作簡單、成本低、可實現大規模制備的表面褶皺構筑方案具有重要意義。

發明內容

本發明的目的是為了解決現有構筑褶皺結構的方法復雜、表面層厚度較薄的問題，提供了一種高分子材料表面褶皺結構的構筑方法。

本發明一種高分子材料表面褶皺結構的構筑方法按以下步驟進行：

一、基體材料的預清潔：將熱塑性高分子基體材料進行超聲洗滌，然后用高純氮氣吹干，得到清潔后的基體材料；

二、對基體進行輻照處理：將清潔后的基體材料用重離子、電子或質子進行輻照處理，得到輻照后的基體材料；

三、輻照后的基體材料加熱至玻璃轉化溫度T_g以上進行熱處理，然后置于空氣中冷卻，在基體表面構筑出褶皺結構，即完成。

本發明通過重離子、電子、質子輻照使熱塑性高分子基體材料表面產生交聯形成表面層，在溫度大于基體材料玻璃轉化點以上的熱處理時，基體材料與表面層由于楊氏模量的不同產生應力從而自收縮形成微納褶皺結構。可通過控制輻照能量、通量、注量、熱處理溫度和時間實現對褶皺波長和振幅的精確調控，表面層厚度從納米級至毫米級可調。該方法采用重離子、電子、質子的輻照方式構筑褶皺適用于大面積、低成本、可控的微納褶皺結構的構筑，解決了采用反應等離子體刻蝕(RIE)、紫外/O₃輻照、激光輻照方法復雜、成本高的問題，可應用于光學調控、智能傳感器、表面增強拉曼散射、熒光增強效應、微納機器人、表面浸潤性、防霧除冰、表面防塵領域。

附圖說明

圖1為實施例1中氬離子輻照在聚苯乙烯基體上構筑褶皺結構的SEM圖；

圖2為實施例2中質子輻照在聚苯乙烯基體上構筑褶皺結構的SEM圖。

具體實施方式

具體實施方式一：本實施方式一種高分子材料表面褶皺結構的構筑方法按以下步驟進行：

一、基體材料的預清潔：將熱塑性高分子基體材料進行超聲洗滌，然后用高純氮氣吹干，得到清潔后的基體材料；

二、對基體進行輻照處理：將清潔后的基體材料用重離子、電子或質子進行輻照處理，得到輻照后的基體材料；