一种自适应性超疏水表面及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种自适应性超疏水表面及其制备方法，属于超疏水材料技术领域，本发明专利技术的制备方法通过在第一基底和第二基底表面分别面制备纳米微柱阵列结构和硅胶薄膜；然后将载有硅胶薄膜的第二基底的表面与载有纳米微柱阵列结构的第一基底的表面充分接触，将硅胶薄膜从第二基底上剥离后固化，在第一基底上得到具有硅胶薄膜和纳米微柱阵列结构的自适应性超疏水表面。本发明专利技术的可以适应多种实验研究，并且延长了超疏水表面的稳定时间，在实际生活和生产中真正发挥自清洁、抗压、抗污染、减阻等作用，给现实生活和生产带来实际的便利和经济效益。

An adaptive superhydrophobic surface and its preparation method

【技术实现步骤摘要】
一种自适应性超疏水表面及其制备方法
本专利技术属于超疏水材料
，具体涉及一种自适应性超疏水表面及其制备方法。
技术介绍
超疏水表面的设计与制备在近几十年内得到了广泛关注，超疏水表面主要涉及的应用包括：自清洁、防污、防结冰、减阻和抗压等。但是，超疏水表面的稳定性和耐久性是阻碍其应用于实际的一大难题，一旦液层润湿了超疏水表面，其所具备的一系列独特性能将不复存在；此外，从高标准的实际应用角度考虑，润湿环境往往是复杂、恶劣的，润湿环境不同所需要的表面浸润性能也不同。从以往的研究来看，超疏水表面的稳定性通常通过增大固液接触面积来实现，而较大的固液接触面积意味着需要表面对液滴具有较大的粘附力，这对表面实现超疏水而言是一大阻碍。最小化液固接触面积是降低表面对液滴的粘附、增强超疏水性的一种广泛使用的策略，但是，低的液固接触面积会在机械负载下产生较高的局部压力，从而较容易导致润湿状态的转变，降低超疏水表面的稳定性和耐久性。如此，使得超疏水表面的超疏水性和稳定耐久性不能同时兼顾，不能满足在复杂环境中的使用性能。
技术实现思路
针对现有技术存在的不足，本专利技术提供了一种自适应性超疏水表面及其制备方法，本专利技术的自适应性超疏水表面可以根据需要自动地适应润湿环境的改变，实现稳定性和低粘附性的动态平衡。本专利技术的技术方案如下：一种自适应性超疏水表面的制备方法，其包括以下步骤：(1)在第一基底的表面制备纳米微柱阵列结构；(2)对载有所述纳米微柱阵列结构的第一基底进行活化处理和氟化处理，使微柱阵列结构具有超疏水性；(3)在第二基底的表面制备硅胶薄膜；(4)将载有所述硅胶薄膜的第二基底的表面与载有所述纳米微柱阵列结构的第一基底的表面充分接触，将所述硅胶薄膜从所述第二基底上剥离，然后将第一基底倒置，使得硅胶流到微柱的顶端而聚成球形，经过固化，在所述第一基底上得到具有硅胶球形顶和纳米微柱阵列结构的自适应性超疏水表面。本专利技术形成自适应性超疏水表面的原理是：在两个基底(第一基底和第二基底)上分别制备纳米微柱阵列结构和硅胶薄膜，然后将硅胶薄膜与纳米微柱阵列结构接触后将硅胶薄膜从第二基底上脱离下来并将第一基底倒置，此时，脱离后的硅胶薄膜在超疏水的微柱上以球状形式覆盖在每个微柱上成为硅胶球形顶并且通过固化形成固体。由于硅胶为弹性质地，因此能够根据不同压力发生相应弹性形变，而且每个微柱间隔分布，彼此之间存在间隙，在压力较大时，超疏水表面被压缩使得相邻微柱之间的距离减小并且硅胶顶以更大的表面去抵抗来自液体的压力，而当液滴体积较大不需要那么强的抗压能力时，自适应性的超疏水表面的硅胶顶恢复弹性又能自动地增大微柱之间的间距，从而降低粘附性而排斥液滴，由此，实现超疏水表面稳定性和低粘附性的平衡。需要说明的是，本专利技术的第一基底和第二基底是为了便于描述而用“第一”和“第二”区分，对基底本身的材质以及形状尺寸没有特别的限定，本领域技术人员可以根据实际情况进行选择，同样地，对第一基底和第二基底是否相同也不作限定。进一步地，在本专利技术较佳的实施例中，上述步骤(1)中步骤(1)中，利用光刻或3D打印技术在所述第一基底上形成纳米微柱阵列结构。优选地，采用光刻技术制备纳米微柱阵列结构的方法如下：通过负性光刻胶在第一基底表面旋涂均匀，再通掩膜刻蚀对涂有光刻胶的基底表面进行结构设计，制备纳米微柱阵列结构。优选地，采用3D打印技术制备纳米微柱阵列结构的方法如下：通过双光子吸收的3D直接激光写入来构造不同级次的纳米微柱阵列结构表面，经过紫外光固化2h获得坚固的纳米微柱阵列结构表面。本专利技术通过对纳米微柱阵列进行活化处理使得后续能够被氟化试剂氟化，从而获得超疏水性。进一步地，在本专利技术较佳的实施例中，步骤(2)中，上述活化处理的时间为15min-20min；氟化处理的具体过程为：将纳米微柱阵列结构放入装有氟化试剂的真空干燥器中并在真空度为0MPa-1MPa、温度为20℃-30℃的条件下反应1.5h-2.5h。进一步地，在本专利技术较佳的实施例中，上述氟化试剂为全氟辛基三氯硅烷、全氟奎基三氯硅烷、全氟辛基二甲基氯硅烷、全氟辛基三乙氧基硅烷、全氟辛酰氯或十六烷基三氯硅烷。进一步地，在本专利技术较佳的实施例中，上述步骤(3)中，硅胶薄膜是通过将硅胶溶液用旋涂仪旋涂在第二基底上获得的。进一步地，在本专利技术较佳的实施例中，上述硅胶溶液包括：聚二甲基硅氧烷预聚物和交联剂，其质量比为(10-50)：1。本专利技术所指的聚二甲基硅氧烷预聚物是指在聚二甲基硅氧烷在聚合前的物质，聚二甲基硅氧烷预聚物在交联剂作用下发生交联后，得到聚二甲基硅氧烷。本专利技术的硅胶薄膜选择聚二甲基硅氧烷预聚物与交联剂混合得到聚二甲基硅氧烷硅胶溶液，聚二甲基硅氧烷具有固有的疏水性，而且在固化后聚二甲基硅氧烷能够与基底材料很好的粘合。通过调节聚合反应时交联剂的多与少，可以控制硅胶顶的硬与软。进一步地，在本专利技术较佳的实施例中，上述步骤(4)中，步骤(4)中，将第一基底倒置2h以上；固化条件为：在60℃-75℃下烘烤4h-6h。进一步地，在本专利技术较佳的实施例中，上述纳米微柱阵列结构的微柱直径为10μm-50μm，微柱高度为13.33μm-66.67μm，微柱间距为40μm-200μm，以保持稳定的超疏水性。由于超疏水表面的一个特性是可以很好的疏离水，让水从表面上很快离开。这个特性可以使流经表面的液体更多地和气体接触而更少地和固体接触。本专利技术将纳米微柱阵列结构的微柱直径、高度、间距控制在上述范围内，可以保持微柱与微柱之间存在大体积的气层，且气层较为稳定，获得更好的超疏水性。进一步地，在本专利技术较佳的实施例中，上述硅胶薄膜的厚度小于纳米微柱阵列结构的高度。根据上述制备方法制备得到的自适应性超疏水表面。本专利技术具有以下有益技术效果：本专利技术的自适应性超疏水表面通过设置不同大小的纳米微柱阵列结构和不同弹性的硅胶顶，可以适应多种实验研究，并且延长了超疏水表面的稳定时间，在实际生活和生产中真正发挥自清洁、抗压、抗污染、减阻等作用，给现实生活和生产带来实际的便利和经济效益。附图说明图1为本专利技术的制备流程图；图2为本专利技术实施例的自适应性超疏水表面放大950倍的结构示意图；图3为微水滴在本专利技术实施例的自适应性超疏水表面上的接触角示意图；图4为本专利技术实施例的自适应性超疏水表面随压力增大而调控微观结构间距的过程示意图。具体实施方式以下结合附图对本专利技术的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本专利技术，并非用于限定本专利技术的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。图1示出了本专利技术制备自适应性超疏水表面的流程图。如图1中所示，先在两个基底(上述所言的第一基底和第二基底)上分别制备纳米微柱阵列结构和硅胶薄膜，然后将两个基底载有结构的一面相接触，使得纳米本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种自适应性超疏水表面的制备方法，其特征在于，其包括以下步骤：/n(1)在第一基底的表面制备纳米微柱阵列结构；/n(2)对载有所述纳米微柱阵列结构的第一基底进行活化处理和氟化处理，使微柱阵列结构具有超疏水性；/n(3)在第二基底的表面制备硅胶薄膜；/n(4)将载有所述硅胶薄膜的第二基底的表面与载有所述纳米微柱阵列结构的第一基底的表面充分接触，将所述硅胶薄膜从所述第二基底上剥离，然后将第一基底倒置，使得硅胶流到微柱的顶端而聚成球形，经过固化，在所述第一基底上得到具有硅胶球形顶和纳米微柱阵列结构的自适应性超疏水表面。/n

【技术特征摘要】
1.一种自适应性超疏水表面的制备方法，其特征在于，其包括以下步骤：
(1)在第一基底的表面制备纳米微柱阵列结构；
(2)对载有所述纳米微柱阵列结构的第一基底进行活化处理和氟化处理，使微柱阵列结构具有超疏水性；
(3)在第二基底的表面制备硅胶薄膜；
(4)将载有所述硅胶薄膜的第二基底的表面与载有所述纳米微柱阵列结构的第一基底的表面充分接触，将所述硅胶薄膜从所述第二基底上剥离，然后将第一基底倒置，使得硅胶流到微柱的顶端而聚成球形，经过固化，在所述第一基底上得到具有硅胶球形顶和纳米微柱阵列结构的自适应性超疏水表面。


2.根据权利要求1所述的自适应性超疏水表面的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，利用光刻或3D打印技术在所述第一基底上形成纳米微柱阵列结构。


3.根据权利要求1所述的自适应性超疏水表面的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，活化处理的时间为15min-20min；氟化处理的具体过程为：将所述纳米微柱阵列结构放入装有氟化试剂的真空干燥器中并在真空度为0MPa-1MPa、温度为20℃-30℃的条件下反应1.5h-2.5h。


4.根据权利要求3所述的自适应性超疏水表面的制备方法，其特征在于，所...

【专利技术属性】
技术研发人员：邓旭，谭尧，李晓玫，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：四川;51