[發明專利]微納分級結構的聚合物材料及其制備方法

有效

• 申請號: 202010628869.6
• 申請日: 2020-07-01
• 公開（公告）號: CN111825783B
• 公開（公告）日: 2022-02-01
• 發明（設計）人: 孫樹清;王春楠
• 申請（專利權）人: 清華大學深圳國際研究生院
• 主分類號: C08F120/14
• 分類號: C08F120/14;C08F120/44;C08F112/08;C08F114/26;C08F2/00;C25D11/12;B81B7/04;B81C1/00
• 代理公司: 深圳新創友知識產權代理有限公司 44223
• 代理人: 王震宇

一種微納分級結構的聚合物材料及其制備方法，該方法包括：制備具有微納分級結構的氧化鋁模板，其中，在所述氧化鋁模板上形成陣列化的微米孔并在所述微米孔內形成納米孔結構；在所述氧化鋁模板上進行聚合物的原位聚合，使聚合物充滿所述氧化鋁模板上的微米孔和納米孔，以復制所述氧化鋁模板的微納分級結構；通過腐蝕液溶解去除所述氧化鋁模板，得到具有微納分級結構的聚合物材料。本發明的方法制備微納分級結構聚合物材料，具有可大量制備、結構參數高度可控、制備成本廉價等優點。

技術領域

本發明涉及聚合物仿生材料，特別是涉及一種微納分級結構的聚合物材料及其制備方法。

背景技術

傳統的人工合成微納分級聚合物仿生材料的方法大體上分為兩種，一種是先通過半導體工藝的微納加工方法,先制備具有微納結構的硅模具，再通過澆注聚合物的前驅體在模具中原位聚合，最后脫模得到所需求的聚合物分級結構。這種方法對硅模具的加工工藝要求十分苛刻，同時成本非常可觀，脫模時聚合物與模具分離時還可能會有一些納米結構的損失。

另一種方法是兩步法，先制備只具有微米結構的模具，此時由于這一步僅需要制備微米尺度的結構，傳統的紫外光刻工藝甚至軟光刻工藝就可以實現，甚至可以直接采用生物組織材料作為模板。在得到模具后用聚合物進行翻模，初步得到具有微米結構的聚合物基底，再通過二次生長或者物理化學吸附的方法在聚合物的表面二次生長一層納米棒或納米線，如ZnO納米棒，最后得到具有微納分級結構的聚合物材料。這種方法由于納米層和微米層不是一體化的，二次生長得到的納米功能層與底部的微米結構層之間沒有強力的結合作用，使得材料本身的可靠性受到挑戰，同時二次生長或組裝的過程一般為隨機過程，得到的表面納米功能層的有序程度較為不可控，制備的可重復性堪憂。

上述方法的缺點：一是制備成本高，對于每一種不同結構參數的聚合物分級結構，需要分別制備相應的硅基模具，因此成本過于高昂，其結構微米尺度和納米尺度的功能性參數的可調控性受到限制；二是制備結構不一定完整，這是由于硅基模具過于昂貴脫模時一般不采用溶解模具的方法，這就使得聚合物和模具分離時會發生結構損失；三是制備量有限，基于硅基微納加工工藝的生產制備方法單次可生產的樣品尺寸有限，且批量或流水化的生產流程對設備有很高的要求；四是制備的可重復性和可靠性受到挑戰，對于采用二次生長或吸附法制備的樣品，由于二次生長過程為隨機過程，無法保證每次得到的表面納米層都一致并具有有序的結構。

以上背景技術內容的公開僅用于輔助理解本發明的發明構思及技術方案，其并不必然屬于本專利申請的現有技術，在沒有明確的證據表明上述內容在本專利申請的申請日已經公開的情況下，上述背景技術不應當用于評價本申請的新穎性和創造性。

發明內容

本發明的主要目的在于克服上述技術缺陷中的至少一種，提供一種微納分級結構的聚合物材料及其制備方法。

為實現上述目的，本發明采用以下技術方案：

一種微納分級結構的聚合物材料制備方法，包括：制備具有微納分級結構的氧化鋁模板，其中，在所述氧化鋁模板上形成陣列化的微米孔并在所述微米孔內形成納米孔結構；在所述氧化鋁模板上進行聚合物的原位聚合，使聚合物充滿所述氧化鋁模板上的微米孔和納米孔，以復制所述氧化鋁模板的微納分級結構；通過腐蝕液溶解去除所述氧化鋁模板，得到具有微納分級結構的聚合物材料。

進一步地：

所述方法具體包括如下步驟：

①對鋁基底進行預氧化，制備表面具有納米級厚度的氧化鋁的鋁基底；優選地，所述鋁基底在預氧化之前經過退火處理；

②通過光刻工藝，在所述鋁基底上形成光刻膠圖案層；

③將所述鋁基底在酸溶液中進行陽極氧化，在無所述光刻膠圖案層保護的區域形成微米級的氧化鋁微坑陣列；