一种可图形化调控功能薄膜润湿性的高效等离子体方法技术

本发明专利技术属于功能薄膜的技术领域，并公开了一种可图形化调控功能薄膜润湿性的高效等离子体方法。该方法包括下列步骤：(a)选取一维纳米材料和粘性热塑性材料制备基体薄膜；(b)采用等离子体射流在相应的气体氛围下来回扫描基体薄膜的一维纳米材料，以此将所述基体薄膜的表面疏水化/亲水化，即获得所需的功能薄膜；(c)再次采用等离子射流在功能薄膜上局部逐点扫描或者图案化扫描形成亲水/疏水图案，该亲水/疏水图案用于调节所述功能薄膜的润湿性。通过本发明专利技术，为高效收集空气中水分或者表面复杂流道提供了一种有效的新途径，在调控微区润湿性、微流道、新能源等领域有着潜在的应用。

An Efficient Plasma Method for Graphically Controlling the Wettability of Functional Films

The invention belongs to the technical field of functional films and discloses an efficient plasma method for graphically regulating the wettability of functional films. The method includes the following steps: (a) selecting one-dimensional nano-materials and viscous thermoplastic materials to prepare the matrix film; (b) scanning the one-dimensional nano-materials of the matrix film under the corresponding gas atmosphere by plasma jet, so as to hydrophobicize/hydrophilicize the surface of the matrix film, i.e. to obtain the required functional film; (c) using plasma jet to localize the functional film again. A hydrophilic/hydrophobic pattern is formed by point-by-point scanning or patterned scanning. The hydrophilic/hydrophobic pattern is used to adjust the wettability of the functional film. The invention provides an effective new way for efficiently collecting moisture in air or complex surface runners, and has potential applications in regulating micro-zone wettability, micro-runners, new energy and other fields.

【技术实现步骤摘要】
一种可图形化调控功能薄膜润湿性的高效等离子体方法
本专利技术属于功能薄膜的
，更具体地，涉及一种可图形化调控功能薄膜润湿性的高效等离子体方法。
技术介绍
调控固体表面的润湿性无论是在科学前沿还是在工业技术方面都具有十分重要的作用。早在上个世纪四十年代，人们就通过在二维材料表面制作微结构得到超疏水表面。最近在材料和生物方面的研究进展进一步提高了人们对物体表面润湿性调控的能力，其中一种普遍制作自清洁材料的方法是对疏水涂层表面进行修饰或者改性以使其变成超疏水材料。例如通过在交织纤维中硅纳米颗粒，该二元结构经过疏水的PDMS表面改性，即可将亲水表面转化成超疏水表面。通过这种类似的涂层或表面改性的方法来改变润湿性的方法虽然取得一定的效果，但其始终面临一系列固有的缺点：环境污染、高成本、面积受限、工艺复杂及稳定性差等特点。并且，制造梯度润湿性及图案化润湿性的材料尚未得到很好的解决，从而限制了相关技术和领域的发展。同样，制备图案化润湿性材料在液滴运动调控、微材料输运、水滴收集、纳米材料定位等方面有着重要的作用。位于不同润湿状态的表面上的液滴将呈现不同的接触面积、接触角和接触角滞后，因此，可以通过调节表面润湿性来控制液滴运动和液体输送。Whitesides等人首先报告了在梯度润湿性表面上水滴的爬坡运动，该自由运动由作用在液滴的固液接触线上的梯度表面张力所驱动；Quere等人报道了在硅胶纤维上润湿硅油滴的自推进行为，其中驱动力为不对称液滴的拉普拉斯压力梯度；液滴在材料表面的自推进行为一个重要应用是增强固体表面的热传递，当湿蒸汽通过较冷的疏水基质时，水滴将在基质上成核并凝结，在相流的传热过程中快速地从较冷的基底上除去冷凝的水滴。在纳米材料定位方面，可利用去湿弯月面引导纳米材料，其中分散的纳米材料将在移动的接触线处组装，与传统方法相比，这种直接自组装方法由于其简单性和与异构集成过程的兼容性而显得非常有必要。此外，可以通过垂直沉积方法在固体基质上制备大量胶体晶体，其中弯月面处的组件由纳米球的横向毛细管力驱动；Yang的研究小组报道了基于Langmuir-Blodgett单层的去湿特性的一步浸涂纳米材料图案化方法，通过控制溶液弯月面，纳米颗粒或纳米线的去湿和蒸发速率将线表面薄膜上带走并干燥到基材上，常见的调控材料润湿性的方法有镀膜、表面改性、制造表面微结构、降低表面活化能等方法，这些方法虽然具有一定范围内的优势，但其始终面临一系列难以避免的挑战：工艺复杂、环境污染、高成本、面积受限等。因此，有必要针对上述挑战做一些技术及生产上的改进。
技术实现思路
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供了一种可图形化调控功能薄膜润湿性的高效等离子体方法，通过制备基体薄膜后，利用大气压等离子体射流将该基体薄膜亲水/疏水化形成亲水/疏水，获得所需的功能薄膜，然后调整工作气体、喷嘴管径、放电电压和放电频率，在功能薄膜上进行图案化或逐点扫描，以此在功能薄膜上获得亲水或疏水图案，由此实现功能薄膜润湿性的调控，该方法高效、低成本和无污染，解决受面积限制、工艺复杂和环境污染严重的技术问题。为实现上述目的，按照本专利技术，提供了一种可图形化调控功能薄膜润湿性的高效等离子体方法，其特征在于，该方法包括下列步骤：(a)基体薄膜的制备选取一维纳米材料溶解形成溶液，将该溶液涂覆在衬底上，干燥，在干燥后的所述一维纳米材料的表面旋涂一层粘性热塑性材料，加热使得该粘性热塑性材料固化，以此在所述衬底上形成基体薄膜，将该薄膜从所述衬底剥离获得该薄膜，该薄膜中所述一维纳米材料附着在所述粘性热塑性材料上；(b)基体薄膜的疏水化/亲水化将所述基体薄膜置于等离子体运动工作平台的工作台面上，在所述等离子体运动平台的喷头的玻璃管中通入气体，使得该喷头中喷出的等离子体射流在相应的气体氛围下来回扫描所述基体薄膜的一维纳米材料，以此将所述基体薄膜的表面疏水化/亲水化，该疏水化/亲水化的基体薄膜即为所需的功能薄膜，其中，当所需的功能性薄膜为疏水薄膜时，所述气体氛围为隔绝氧气氛围，当所需的功能性薄膜为亲水薄膜时，所述气体氛围为含氧氛围；(c)功能薄膜上形成亲水/疏水图案调节所述等离子体射流喷嘴的直径、放电电压或放电频率，并使得该等离子体射流在相应的气体氛围下局部逐点扫描或者图案化扫描所述功能薄膜，以此在所述功能薄膜上形成亲水/疏水图案，该亲水/疏水图案用于调节所述功能薄膜的润湿性，其中，当所需图案为亲水图案时，所述气体氛围为含氧氛围，但所需的图案为疏水图案时，所述气体氛围为隔绝氧气氛围。进一步优选地，在步骤(a)中，所述一维纳米材料优选为碳纳米管或氧化锌，其中碳纳米管优选为单壁碳纳米管或多壁碳纳米管。进一步优选地，在步骤(a)中，所述衬底优选为微孔滤膜、玻璃片或PET薄膜。进一步优选地，在步骤(a)中，所述涂覆的方法优选为旋涂、抽滤或喷涂。进一步优选地，在步骤(a)中，所述粘性热塑性材料优选为PDMS或ecoflex。进一步优选地，在步骤(b)和(c)中，所述隔绝氧气氛围是指在所述喷头的内管中通入氦气或氩气，在外管中通入氮气。进一步优选地，在步骤(b)和(c)中，所述含氧氛围是指在所述喷头的内管中通入氦气或氩气，在外管中通入氧气或空气。进一步优选地，在步骤(b)和(c)中，当制备所述亲水薄膜和亲水图案时，所述气体氛围还包括在所述喷头的内管中通入氦气或氩气，在外管中通入氨气。进一步优选地，在步骤(b)和(c)中，所述疏水性薄膜和疏水性图案是指对液体的接触角在90°～180°之间，该疏水性不仅包括疏水，还包括疏酸性溶液，疏中性溶液和疏碱性溶液。总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：1、本专利技术提供的方法，即可实现在疏水性功能薄膜上形成亲水图案，也可实现在亲水性功能薄膜上形成疏水图案，其中只需调节喷头中通入的气体，即可实现两种功能薄膜的切换，制备方法简单，制备过程中不产生废水、废液和废弃，环境污染小；2、本专利技术提供的方法，在制备功能薄膜时，不需在真空下进行，因此可以大面积生成超疏水的薄膜，成本低；另外由于其可在低温下进行，对材料的可选择广，既可以做疏水薄膜，也可以做亲水薄膜；3、本专利技术得到的图案化润湿性功能薄膜具有可拉伸、稳定、耐强酸强碱等性质，在液滴运动调控、微材料输运、水滴收集、纳米材料定位等方面有着潜在的应用。附图说明图1是按照本专利技术的优选实施例所构建的等离子体运动工作平台在功能薄膜上成形亲水图案的示意图；图2是按照本专利技术的优选实施例所构建的可图形化调控功能薄膜润湿性的高效等离子体方法的工艺流程图；图3是按照本专利技术的优选实施例所构建的等离子体运动工作平台喷头的结构示意图；图4是按照本专利技术的优选实施例所构建的在氮气氛围和空气氛围下分别调控不同扫描速度所得的不同疏水表面对液体的接触角的对比折线图；图5是按照本专利技术的优选实施例所构建的通过调控不同放电电压所得的不同疏水表面对液体的接触角的对比折线图；图6是按照本专利技术的优选实施例所构建的通过调控不同放电频率所得的不同疏水表面对液体的接触角的对比折线图；图7是按照本专利技术的优选实施例所构建的等离子体超疏水处理表面后隔离液滴的效果展示图；图8是按照本专利技术的优选实施例所构建的在超疏水表面进行超亲水图案化处理的效果本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种可图形化调控功能薄膜润湿性的高效等离子体方法，其特征在于，该方法包括下列步骤：(a)基体薄膜的制备选取一维纳米材料溶解形成溶液，将该溶液涂覆在衬底上，干燥，在干燥后的所述一维纳米材料的表面旋涂一层粘性热塑性材料，加热使得该粘性热塑性材料固化，以此在所述衬底上形成基体薄膜，将该薄膜从所述衬底剥离获得该薄膜，该薄膜中所述一维纳米材料附着在所述粘性热塑性材料上；(b)基体薄膜的疏水化/亲水化将所述基体薄膜置于等离子体运动工作平台的工作台面上，在所述等离子体运动平台的喷头的玻璃管中通入气体，使得该喷头中喷出的等离子体射流在相应的气体氛围下来回扫描所述基体薄膜的一维纳米材料，以此将所述基体薄膜的表面疏水化/亲水化，该疏水化/亲水化的基体薄膜即为所需的功能薄膜，其中，当所需的功能性薄膜为疏水薄膜时，所述气体氛围为隔绝氧气氛围，当所需的功能性薄膜为亲水薄膜时，所述气体氛围为含氧氛围；(c)功能薄膜上形成亲水/疏水图案调节所述等离子体射流喷嘴的直径、放电电压或放电频率，并使得该等离子体射流在相应的气体氛围下局部逐点扫描或者图案化扫描所述功能薄膜，以此在所述功能薄膜上形成亲水/疏水图案，该亲水/疏水图案用于调节所述功能薄膜的润湿性，其中，当所需图案为亲水图案时，所述气体氛围为含氧氛围，但所需的图案为疏水图案时，所述气体氛围为隔绝氧气氛围。...

【技术特征摘要】
1.一种可图形化调控功能薄膜润湿性的高效等离子体方法，其特征在于，该方法包括下列步骤：(a)基体薄膜的制备选取一维纳米材料溶解形成溶液，将该溶液涂覆在衬底上，干燥，在干燥后的所述一维纳米材料的表面旋涂一层粘性热塑性材料，加热使得该粘性热塑性材料固化，以此在所述衬底上形成基体薄膜，将该薄膜从所述衬底剥离获得该薄膜，该薄膜中所述一维纳米材料附着在所述粘性热塑性材料上；(b)基体薄膜的疏水化/亲水化将所述基体薄膜置于等离子体运动工作平台的工作台面上，在所述等离子体运动平台的喷头的玻璃管中通入气体，使得该喷头中喷出的等离子体射流在相应的气体氛围下来回扫描所述基体薄膜的一维纳米材料，以此将所述基体薄膜的表面疏水化/亲水化，该疏水化/亲水化的基体薄膜即为所需的功能薄膜，其中，当所需的功能性薄膜为疏水薄膜时，所述气体氛围为隔绝氧气氛围，当所需的功能性薄膜为亲水薄膜时，所述气体氛围为含氧氛围；(c)功能薄膜上形成亲水/疏水图案调节所述等离子体射流喷嘴的直径、放电电压或放电频率，并使得该等离子体射流在相应的气体氛围下局部逐点扫描或者图案化扫描所述功能薄膜，以此在所述功能薄膜上形成亲水/疏水图案，该亲水/疏水图案用于调节所述功能薄膜的润湿性，其中，当所需图案为亲水图案时，所述气体氛围为含氧氛围，但所需的图案为疏水图案时，所述气体氛围为隔绝氧气氛围。2.如权利要求1所述的一种可图形化调控功能薄膜润湿性的高效等离子体方法，其特征在于，在步骤(a)中，所述一维纳米材料优选为碳纳米管或氧化锌，其中碳纳米管优选为单壁碳纳米管或多...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄永安，苏江涛，叶冬，尹周平，蒋宇，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42