[發明專利]一種仿豬籠草結構的超疏水高疏油表面的制備方法

在審

• 申請號: 202011059712.2
• 申請日: 2020-09-30
• 公開（公告）號: CN112174087A
• 公開（公告）日: 2021-01-05
• 發明（設計）人: 李洪豆;郝宗斌;李旸;葛海雄
• 申請（專利權）人: 南京大學
• 主分類號: B81C1/00
• 分類號: B81C1/00
• 代理公司: 江蘇法德東恒律師事務所 32305
• 代理人: 李媛媛

本發明涉及一種仿豬籠草結構的超疏水高疏油表面的制備方法。該方法通過共混聚合物相分離的技術構建多孔納米結構基底，利用全氟烷基氯硅烷進行表面修飾后，真空條件下填充低表面能、無毒害的潤滑油，制備得到超疏水高疏油的新型功能表面。本發明采用的共混聚合物相分離技術結合干法刻蝕法，依托相分離技術可以簡單方便地調控孔徑大小、孔分布密度等參數，因此可以制備出占空比大、密集分布的納米孔，從而實現了潤滑液在孔中的高填充率，克服了傳統疏水結構處于亞穩態，機械穩定性差的關鍵缺陷，具有良好的持久性、耐磨損性以及自我修復性能。

技術領域

本發明屬于微納米加工領域，具體涉及一種仿豬籠草結構的超疏水高疏油表面的制備方法。

背景技術

20世紀90年代以來，超疏水高疏油表面作為特殊的潤濕性狀態受到了廣泛關注，其在表面自清潔、防腐防污、流體減阻及超浸潤微流體系統等方面都表現出巨大的應用潛力。

目前超疏水高疏油表面的制備方法大多都是利用構建表面微納結構從而獲得低占空比、高粗糙度的表面，從而形成Cassie狀氣-液界來達到不浸潤的效果。然而這類結構主要利用的是困在液滴和表面之間的空氣層來進行隔絕基底和液體，本質是一種亞穩態，這將導致此結構的應用大大受到環境因素的限制，如在高壓力、高濕度、振動等環境中，空氣袋的存在將極不穩定，表面將從Cassie狀態轉變為Wenzel狀態，液體最終將滲透粗糙表面直至完全潤濕。基于此，如何制備出機械性能穩定的超雙疏表面成為了當前的研究熱點。

大自然中的豬籠草結構為超雙疏表面的制備提供了設計靈感。具有微觀粗糙結構的葉片和儲存于結構內的低表面能的植物油兩者完美結合，可將基底與外界侵入液體進行隔絕，這比上述利用Cassie態的超疏水結構更加地穩定，并且有效地減少了液滴黏附，具有自我清潔的功效。此外，潤滑油的流動性也可以實現表面的自我修復功能，這將大大地延長表面的使用壽命，使其具有更廣闊的應用前景。

目前，已有的模擬豬籠草結構的多孔結構往往機械穩定性較差，導致在外力作用下結構易損傷或坍塌，導致填充在其內的潤滑油喪失容身之處，進而使表面性能大大折損，如CN105670348A中提出的溶膠凝膠法制備的多孔結構并不能保證基底的有效強度。因此制備機械性能穩定的仿豬籠草結構的超雙疏結表面是目前迫切需要解決的問題。

共混聚合物相分離是一種自下而上自組裝微納米加工技術，它是將兩種或兩種以上的聚合物機械或物理混合后，由于聚合物間相容性的差異而產生相與相分離的現象，具有操作簡單、制備周期短、成本低、制備面積大等優點。通過控制相分離參數，如兩相聚合物重量比、共混聚合物濃度與旋涂速度等以及控制干法刻蝕的參數，可以簡單高效地調控納米孔的平均尺寸、密度分布、孔徑，從而可不斷地優化參數以獲得最優的表面疏水疏油性能。此外，共混聚合物相分離在多種基底上都具備操作可行性，如硅片、玻璃等，并且由于制備得到的納米孔尺寸、間隙的不均一性，可以有效消除周期性微納米結構由于光學衍射產生的宏觀彩虹效應，能很好地應用于觸摸屏顯示領和可穿戴設備上。

發明內容

本發明的目的在于提供一種機械性能穩定的仿豬籠草結構的超疏水高疏油表面的制備方法，用于解決目前已有的疏水表面機械穩定性差、應用領域局限的問題。

本發明采用的技術方案如下：

一種仿豬籠草結構的超疏水高疏油表面的制備方法，具體步驟如下：

a)在襯底表面旋涂高分子層，然后在所述高分子層上沉積二氧化硅層；，襯底采用硅或者玻璃，高分子層為聚甲基丙烯酸甲酯、聚乙烯醇或聚乙烯基吡咯烷酮；

b)將聚苯乙烯和含硅的紫外光固化膠以一定比例溶解在甲苯中，待充分溶解形成共混相分離溶液；將所述溶液以一定轉速旋涂在所述二氧化硅層上，發生相分離，得到共混薄膜；其中，聚苯乙烯和含硅的紫外光固化膠的比例為5:1至9:1，旋涂轉速采用3000轉/分鐘，旋涂時間為40s；