本发明专利技术公开了一种湿度响应各向异性复合表面的制备方法：(1)将高分子颗粒、表面活性剂和溶剂搅拌混合均匀，得到高分子铸膜液；(2)首先处理硅片，形成V型棱柱凹槽结构，得到基片；然后将主剂与硬化剂混合，去除气泡，得到混合液；再将混合液倒在基片上，除去V型棱柱凹槽结构之外的混合液，固化处理，得到固化PDMS薄膜；取出，得到各向异性PDMS基底；(3)将高分子铸膜液涂在各向异性PDMS基底上，并通过调节体积来控制的厚度，即可得一系列不同厚度的湿度响应各向异性复合表面。本发明专利技术湿度响应各向异性复合表面在不同湿度下具有明显的软/硬形态转化，兼具各向异性/各向同性的结构切换，实现了表面对物体的粘附性可控等性能。表面对物体的粘附性可控等性能。表面对物体的粘附性可控等性能。
【技术实现步骤摘要】
一种湿度响应各向异性复合表面的制备方法与应用
[0001]本专利技术涉及功能材料
，更具体的说是涉及一种湿度响应各向异性复合表面的制备方法与应用。
技术介绍
[0002]仿生粘附表面在智能机器人、可穿戴器件和生物医疗等领域具有广泛的应用前景。而自然界中的许多生物为了适应复杂的生活环境，进化出了具有独特功能的生物粘附表面。例如章鱼、树蛙和蜉蝣幼虫具有独特的湿粘性表面，这些表面具有特殊的微/纳米结构或化学组成，使它们能够有效地固定在复杂的生活环境中接触底物和捕捉猎物。受此启发，许多研究工作者仿其生物体表面微/纳米结构和化学组成，设计并制备了人造可粘附表面广泛应用于生物医学(如止血)、日常生活(如底漆)、和工业生产(如水下粘合剂)等领域(Adv.Funct.Mater.2019,1905287)。
[0003]但是，目前大部分研究工作致力于湿态环境中对物体粘附的控制，如何使得表面在不同湿度下具有明显的粘附态转化，形成可控的表面粘附性仍然是一个挑战。同时，湿度的变化还会导致表面形貌的变化，如何基于表面的各向异性结构，实现物体在表面的各向异性的粘附也具有很大的挑战性。
[0004]因此，如何开发一种湿度响应各向异性复合表面是本领域技术人员亟需解决的问题。
技术实现思路
[0005]有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种湿度响应各向异性复合表面的制备方法与应用，该湿度响应各向异性复合表面在不同湿度下具有明显的软/硬形态转化，兼具各向异性/各向同性的结构切换，实现了表面对物体的粘附性可控等性能。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0007]一种湿度响应各向异性复合表面的制备方法，具体包括以下步骤：
[0008](1)配制高分子铸膜液
[0009]将高分子颗粒、表面活性剂和溶剂搅拌混合均匀，得到高分子铸膜液；
[0010](2)制备各向异性PDMS基底
[0011]首先利用光刻法处理硅片，形成V型棱柱凹槽结构，得到基片；然后将主剂与硬化剂混合，利用抽真空的方法去除气泡，得到混合液；再将混合液倒在基片上，利用手术刀法除去V型棱柱凹槽结构之外的混合液，并进行固化处理，得到固化聚二甲基硅氧烷(PDMS)薄膜；最后将固化PDMS薄膜从硅片上取出，得到各向异性PDMS基底；
[0012](3)涂膜
[0013]将高分子铸膜液涂在各向异性PDMS基底上，并通过调节高分子铸膜液的体积来控制高分子膜的厚度，即可得到一系列不同厚度的湿度响应各向异性复合表面。
[0014]进一步，上述步骤(1)中，高分子颗粒为聚酰亚胺和聚醚砜的混合物，其中两者的
质量比为(0:10)
‑
(10:0)。
[0015]采用上述进一步技术方案的有益效果在于，本专利技术基于聚合物相转化的原理，即通过湿度调节聚合物间相互作用程度引起对高分子液膜软硬态的动态控制，使得材料表面形态、刚度变化，进而调控表面的粘附性。其中相转化是指铸膜液的溶剂体系为连续相的一个高分子溶液，转变为高分子是连续相的一个溶胀的三维大分子网络式凝胶的过程。
[0016]进一步，上述步骤(1)中，表面活性剂为聚乙烯吡咯烷酮、十六烷基三甲基溴化铵或十二烷基硫酸钠。
[0017]采用上述进一步技术方案的有益效果在于，本专利技术所选表面活性剂在相转化过程中起到可以调节高分子铸膜液粘度的作用，有效调节高分子铸膜液与各向异性PDMS基底的粘附性。
[0018]进一步，上述步骤(1)中，溶剂为DMAC(二甲基乙酰胺)或DMF(二甲基甲酰胺)。
[0019]采用上述进一步技术方案的有益效果在于，本专利技术所选溶剂是作为相转化溶剂的一种常见溶剂。
[0020]进一步，上述步骤(1)中，高分子颗粒、表面活性剂和溶剂的质量比为3:(0
‑
2):(1
‑
10)。
[0021]进一步，上述步骤(1)中，搅拌的温度为20
‑
80℃，时间为1
‑
12h。
[0022]进一步，上述步骤(2)中，V型棱柱凹槽结构的臂长为25
‑
100μm，臂厚为5μm，臂夹角为30
°‑
120
°
，凹槽高度为10
‑
20μm，横纵间距均为5
‑
100μm。
[0023]采用上述进一步技术方案的有益效果在于，本专利技术V型棱柱结构可以提供很好的各向异性。在高湿度条件下，表面为各向同性，同时表面粘附性较小，物体可以很容易的在较小倾斜角度的湿度响应各向异性复合表面滚落。在低湿度条件下，由于表面粘附性和表面各向异性结构的共同作用，导致物体可以粘附在不同倾角的复合表面，表明表面的各向异性粘附行为。
[0024]进一步，上述步骤(2)中，主剂为聚二甲基硅氧烷；硬化剂为硅酮树脂溶液，质量浓度为0.19
‑
0.20wt％；主剂与硬化剂的质量比为(5
‑
25):1；抽真空的时间为20
‑
120min；固化处理的温度为60
‑
100℃，时间为20
‑
120min。
[0025]采用上述进一步技术方案的有益效果在于，主剂与硬化剂是合成聚二甲基硅氧烷(PDMS)薄膜常用的溶剂。
[0026]进一步，上述步骤(3)中，高分子铸膜液的体积为10
‑
500μL；高分子膜的厚度为100
‑
500μm。
[0027]本专利技术还请求保护一种上述湿度响应各向异性复合表面在湿度响应和各向异性粘附领域中的应用。
[0028]上述领域具体为生物医学(如止血)、日常生活(如底漆)和工业生产(如水下粘合剂)等。
[0029]经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本专利技术的有益效果如下：
[0030]1、本专利技术制备微结构赋予了表面各向异性，使其在不同湿度下，对物体具有各向异性/各向同性的粘附效果。
[0031]2、本专利技术设计周期性变化不同结构参数的各向异性结构基底并引入聚酰亚胺或聚醚砜等高分子材料，构筑化学组成及结构梯度变化的湿度响应各向异性复合表面，通过
改变湿度引起高分子液膜形态变化，并与各向异性PDMS基底协同调控表面各向异性/各向同性结构，实现了表面可控的粘附性，可用于多种生物医疗器械等。
[0032]3、传统的响应性材料遇水后容易软化，限制了其在高湿度或水环境下的使用。基于水诱导相转化变硬的原理，本专利技术通过湿度调节聚合物间相互作用程度引起对高分子膜软硬态的动态控制，使其在不同湿度情况下，特别是更为苛刻的长期水环境中具有优秀的稳定性，为材料表面稳定性差的问题提供了独特的解决方案，具有很好的实际应用价值，为新型、绿色响应聚合物材料表面的制备提供了思路。
附图说明
[0033]图1为在不同湿度情况下，湿度响应各向异性复合表面的模型、实物及粘附性图；
...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种湿度响应各向异性复合表面的制备方法，其特征在于，具体包括以下步骤：(1)配制高分子铸膜液将高分子颗粒、表面活性剂和溶剂搅拌混合均匀，得到高分子铸膜液；(2)制备各向异性PDMS基底首先利用光刻法处理硅片，形成V型棱柱凹槽结构，得到基片；然后将主剂与硬化剂混合，利用抽真空的方法去除气泡，得到混合液；再将混合液倒在基片上，利用手术刀法除去V型棱柱凹槽结构之外的混合液，并进行固化处理，得到固化PDMS薄膜；最后将固化PDMS薄膜从硅片上取出，得到各向异性PDMS基底；(3)涂膜将高分子铸膜液涂在各向异性PDMS基底上，并通过调节高分子铸膜液的体积来控制高分子膜的厚度，即可得到一系列不同厚度的湿度响应各向异性复合表面。2.根据权利要求1所述的一种湿度响应各向异性复合表面的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述高分子颗粒为聚酰亚胺和聚醚砜的混合物，其中两者的质量比为(0:10)
‑
(10:0)。3.根据权利要求1所述的一种湿度响应各向异性复合表面的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述表面活性剂为聚乙烯吡咯烷酮、十六烷基三甲基溴化铵或十二烷基硫酸钠。4.根据权利要求1所述的一种湿度响应各向异性复合表面的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述溶剂为二甲基乙酰胺或二甲基甲酰胺。5.根据权利要求1
‑
4任一项所述的一种湿度响应各向异性复合表面的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述高分子颗粒、表面活性剂和溶剂的质量比为3:(0
‑
2):(1
‑
10)。6.根据...
【专利技术属性】
技术研发人员：田东亮，张秋雅，李燕，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：
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