一种快速响应油敏变形薄膜及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种快速响应油敏变形薄膜，为掺杂氧化石墨烯的聚二甲基硅氧烷固化膜，氧化石墨烯占聚二甲基硅氧烷的质量比为0.5～10％，薄膜的一面为光面，薄膜的另一面刻蚀有微轨道结构，微轨道结构为若干行平行排列的三棱凸柱队列，每行三棱凸柱队列由若干截面为等腰三角形的三棱凸柱有序排列组成，同一三棱凸柱队列的相邻的三棱凸柱间距不大于0.01毫米。本发明专利技术还公开了一种快速响应油敏变形薄膜的制备方法，包括：将氧化石墨烯与聚二甲基硅氧烷混合搅拌均匀，除气加热固化；采用激光刻蚀制备微轨道结构；将制备好的薄膜切割成需要的形状。本发明专利技术的薄膜可对油脂刺激做出快速地变形响应，解决了多层结构寿命问题，便于生产加工。

A fast response oil sensitive deformed film and its preparation method

【技术实现步骤摘要】
一种快速响应油敏变形薄膜及其制备方法
本专利技术涉及一种油敏变形薄膜及其制备方法，特别是涉及一种快速响应油敏变形薄膜及其制备方法。
技术介绍
由于智能材料可以在化学或物理的外界刺激下做出响应，因此由智能材料制备的薄膜在生物医学，传感器，微流体和机器人学等各个领域有巨大的潜在应用。目前智能薄膜的发展应用仍存在一些挑战，例如制备薄膜所采用的智能软体材料需要较为复杂的合成方式，导致薄膜生产成本高，生产效率低；薄膜针对外界刺激的响应速度较慢，响应动作滞后；目前的智能薄膜只能针对温度、湿度、光、电场、磁场、pH等的变化做出响应，难以针对油脂刺激做出响应；薄膜的变形精度不高，只能做出折叠、弯曲响应，难以实现三维的复杂变形响应；为了实现薄膜的形变响应，通常采用双层或多层材料设计，因此层间的结合力较弱，多次变形后，层间容易开裂分离，导致其寿命较短。
技术实现思路
针对上述现有技术的缺陷，本专利技术的目的是提供一种快速响应油敏变形薄膜，解决油脂敏感变形薄膜相应速度慢的问题。本专利技术的另一目的是提供一种快速响应油敏变形薄膜的制备方法。本专利技术的技术方案是这样的：一种快速响应油敏变形薄膜，所述薄膜为掺杂氧化石墨烯的聚二甲基硅氧烷固化膜，所述氧化石墨烯占聚二甲基硅氧烷的质量比为0.5～10％，所述薄膜的一面为光面，所述薄膜的另一面刻蚀有微轨道结构，所述微轨道结构为若干行平行排列的三棱凸柱队列，每行所述三棱凸柱队列由若干截面为等腰三角形的三棱凸柱有序排列组成，同一所述三棱凸柱队列的相邻的三棱凸柱间距不大于0.01毫米。优选地，同一行所述三棱凸柱队列中三棱凸柱以截面等腰三角形的底边沿欲卷曲方向排列且所述等腰三角形的顶角位于所述底边的同一侧，相邻两行的所述三棱凸柱队列中三棱凸柱的等腰三角形的顶角位于所述底边的相反两侧。优选地，同一行所述三棱凸柱队列中三棱凸柱以截面等腰三角形的底边沿欲卷曲方向排列，所有所述三棱凸柱队列中三棱凸柱的等腰三角形的顶角位于所述底边的同一侧，相邻两行的所述三棱凸柱队列中三棱凸柱交错分布。优选地，同一行所述三棱凸柱队列中三棱凸柱以截面等腰三角形的中线沿欲卷曲方向排列，所有所述三棱凸柱队列中三棱凸柱的等腰三角形的顶角位于所述底边的同一侧。优选地，所述三棱凸柱的高度为0.2～0.5毫米，所述截面等腰三角形的底边长为0.1～0.3毫米，所述截面等腰三角形的高为0.2～0.5毫米，相邻的所述三棱凸柱队列中所述三棱凸柱的截面等腰三角形的中线中点间距为0.2～0.5毫米。优选地，所述氧化石墨烯占聚二甲基硅氧烷的质量比为3～5％。一种快速响应油敏变形薄膜的制备方法，包括以下步骤：S1、混合搅拌：将氧化石墨烯与聚二甲基硅氧烷混合搅拌均匀，所述氧化石墨烯占聚二甲基硅氧烷的质量比为0.5～10％，获得前驱体液；S2、除气加热固化：将前驱体液倾倒在光滑表面上，用模具控制薄膜厚度，然后在真空环境下除气加热固化；S3、微轨道加工：采用激光刻蚀在固化的薄膜一面制备微轨道结构，另一面不做任何处理，将制备好的薄膜揭下进行超声清洗，所述微轨道结构为若干行平行排列的三棱凸柱队列，每行所述三棱凸柱队列由若干截面为等腰三角形的三棱凸柱有序排列组成，同一所述三棱凸柱队列的相邻的三棱凸柱间距不大于0.01毫米，所述凹槽沿欲卷曲方向延伸；S4、机械切割：根据需求，将制备好的薄膜切割成需要的形状，制成快速响应油敏变形薄膜。优选地，所述步骤S2除气加热固化时，加热温度为50～120摄氏度，固化时间为1～3小时。本专利技术所提供的薄膜的两面具备不同的润湿性，超疏水表面对油脂有较强的吸附能力，而且由于表面结构显著增加了表面积，与油脂的接触面积更大，吸收油脂后体积发生膨胀，并且表面微轨道对油脂扩散的限制作用，使薄膜的膨胀程度具备各向异性。而另一表面是疏水表面，对油脂的吸附能力较弱，且表面积相对较小，体积变化很小。因此在非对称的内部拉伸力和油脂表面张力的共同作用下，薄膜沿着垂直微轨道的方向，向着疏水表面的一侧弯曲变形。不同形式的三棱柱微结构分布显著影响了油脂接触薄膜表面后的铺展速度，继而对薄膜的变形响应速度产生显著影响。本专利技术与现有技术相比，具有以下有益效果：(1)制备方法工艺简单，成本低，将石墨烯较好的亲油特性与聚二甲基硅氧烷聚合物的疏水特性相叠加，增强薄膜的吸油能力。(2)石墨烯较好的耐腐蚀性能与聚合物具有化学惰性的作用相叠加，增强薄膜耐腐蚀性能，延长薄膜的使用寿命，采用特殊的三棱柱微结构能够获得快速的变形响应。(3)石墨烯较好的柔韧性、耐冲击性与聚二甲基硅氧烷聚合物优异的耐高低温性的特点相结合，提高薄膜的稳定性。(4)薄膜为同一材料构成的单层结构，具备两种不同的润湿表面，在反复弯曲变性后，不会发生层间分离，增加了薄膜寿命。(5)该薄膜能够被制成任意大小、形状，不受尺寸的限制，易于批量生产。(6)该薄膜可对微轨道分布进行设计，轨道可以是直线，也可以是曲线，同一薄膜中可以存在多种不同方向的轨道，易于实现复杂的三维变形。附图说明图1为实施例1的快速响应油敏变形薄膜结构示意图。图2为实施例1的快速响应油敏变形薄膜的三棱凸柱排列结构俯视示意图。图3为实施例6的快速响应油敏变形薄膜的三棱凸柱排列结构俯视示意图。图4为实施例11的快速响应油敏变形薄膜的三棱凸柱排列结构俯视示意图。图5为实施例1制得的快速响应油敏变形薄膜变形照片及示意图。具体实施方法下面结合实施例对本专利技术作进一步说明，但不作为对本专利技术的限定。实施例1快速响应油敏变形薄膜的制备方法如下：S1、混合搅拌：将占聚二甲基硅氧烷的质量比为3.3％的氧化石墨烯与聚二甲基硅氧烷(预聚物与交联剂质量比为10:1)混合，搅拌30分钟直到二者混合均匀，获得前驱体液；S2、除气加热固化：将前驱体液倾倒在玻璃上，用模具控制薄膜厚度为1毫米，然后在真空环境下除气加热固化，温度为80摄氏度，时间为2.5小时；S3、微轨道加工：采用激光刻蚀在固化的薄膜一面制备图1、2所示的微轨道结构，微轨道结构为若干行平行排列的三棱凸柱队列101，每行三棱凸柱队列101由若干截面为等腰三角形的三棱凸柱101a有序排列组成，同一三棱凸柱队列101的相邻的三棱凸柱101a间距不大于0.01毫米。同一行三棱凸柱队列101中三棱凸柱101a以截面等腰三角形的底边沿欲卷曲方向排列且等腰三角形的顶角位于底边的同一侧，相邻两行的三棱凸柱队列101中三棱凸柱101a的等腰三角形的顶角位于底边的相反两侧。三棱凸柱101a的高度为0.2毫米，截面等腰三角形的底边L1长为0.1毫米，截面等腰三角形的高L2为0.2毫米，相邻的三棱凸柱队列101中三棱凸柱101a的截面等腰三角形的中线中点间距L3为0.3毫米。激光加工的功率为12瓦，频率为20000赫兹，脉冲为100纳秒，扫描速度为200毫米/秒。另一面不做任何处理，将制备好的薄膜揭下进行本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种快速响应油敏变形薄膜，其特征在于，所述薄膜为掺杂氧化石墨烯的聚二甲基硅氧烷固化膜，所述氧化石墨烯占聚二甲基硅氧烷的质量比为0.5～10％，所述薄膜的一面为光面，所述薄膜的另一面刻蚀有微轨道结构，所述微轨道结构为若干行平行排列的三棱凸柱队列，每行所述三棱凸柱队列由若干截面为等腰三角形的三棱凸柱有序排列组成，同一所述三棱凸柱队列的相邻的三棱凸柱间距不大于0.01毫米。/n

【技术特征摘要】
1.一种快速响应油敏变形薄膜，其特征在于，所述薄膜为掺杂氧化石墨烯的聚二甲基硅氧烷固化膜，所述氧化石墨烯占聚二甲基硅氧烷的质量比为0.5～10％，所述薄膜的一面为光面，所述薄膜的另一面刻蚀有微轨道结构，所述微轨道结构为若干行平行排列的三棱凸柱队列，每行所述三棱凸柱队列由若干截面为等腰三角形的三棱凸柱有序排列组成，同一所述三棱凸柱队列的相邻的三棱凸柱间距不大于0.01毫米。


2.根据权利要求1所述的快速响应油敏变形薄膜，其特征在于，同一行所述三棱凸柱队列中三棱凸柱以截面等腰三角形的底边沿欲卷曲方向排列且所述等腰三角形的顶角位于所述底边的同一侧，相邻两行的所述三棱凸柱队列中三棱凸柱的等腰三角形的顶角位于所述底边的相反两侧。


3.根据权利要求1所述的快速响应油敏变形薄膜，其特征在于，同一行所述三棱凸柱队列中三棱凸柱以截面等腰三角形的底边沿欲卷曲方向排列，所有所述三棱凸柱队列中三棱凸柱的等腰三角形的顶角位于所述底边的同一侧，相邻两行的所述三棱凸柱队列中三棱凸柱交错分布。


4.根据权利要求1所述的快速响应油敏变形薄膜，其特征在于，同一行所述三棱凸柱队列中三棱凸柱以截面等腰三角形的中线沿欲卷曲方向排列，所有所述三棱凸柱队列中三棱凸柱的等腰三角形的顶角位于所述底边的同一侧。


5.根据权利要求2或3或4所述的快速响应油敏变形薄膜，其特征在于，所述三棱凸柱的高度...

【专利技术属性】
技术研发人员：于照鹏，董利明，宋云云，王星南，李佳倩，付梦迪，
申请(专利权)人：常熟理工学院，
类型：发明
国别省市：江苏;32