[发明专利]一种制备超疏油表面的毛细成形法

说明书

技术领域

本发明涉及功能表面制备技术领域，特指一种制备超疏油表面的毛细成形法，其适用于聚合物超疏油表面的制备，尤其适用于简易条件下的超疏油表面的制备。

背景技术

超疏油表面是指能够使表面张力较小的液滴（如油液液滴）在其表面呈现大接触角（>130°）的表面。由于能够使油液液滴具有较大的接触角，该表面将超疏水表面的性能拓展到了油液环境，可实现更加优异的自洁和减阻性能。因此，超疏油表面在近年来得到了广泛的关注。

为了实现表面的超疏油性能，目前主要通过在表面上构造二次凹槽结构来实现（一种新型超疏油表面结构设计方法，国家发明专利，申请号CN201010132465.4；Ahuja A,Taylor J A,Lifton V，Sidorenko A A,Salamon T R,Lobaton E J,Kolodner P，Krupenkin T N.Nanonails:A Simple Geometrical Approach to Electrically Tunable Superlyophobic Surfaces.Langmuir2008,24:9-14.和Tuteja A,Choi W，Ma M,Mabry J M,Mazzella S A,Rutledge G C,McKinley G H,Cohen RE.Designing Superoleophobic Surfaces.Science2007,318:1618-1622.）。这种二次凹槽结构具有如附图1所示的特点（即在表面基底1上的微纳结构2的顶端截面面积大于微纳结构2上靠近表面基底1部位的截面面积，微纳结构2的顶端宽度大于底端宽度）。由于二次凹槽结构的存在，表面张力较小的液体不能沿微结构的侧壁滑落到表面的基底上，从而可以在液体与表面的接触界面上构造出液气界面和液固界面共同形成的复合界面。根据Cassie理论，这种界面可使液滴在表面上呈现较大的接触角，对油液来说，即实现了表面的超疏油性能。

目前，构造超疏油表面的难点在于二次凹槽结构的制备。由于二次凹槽结构形式复杂，若采用模板法制备则难以实现脱模，所以目前通常采用Bosch工艺和静电纺丝来实现超疏油表面上的二次凹槽的制备。其中的Bosch工艺是微纳结构加工中的典型工艺，可较为精确地控制结构的侧壁形状，所以可以使结构的不同截面具有不同面积，尤其可实现超疏油表面所需要的二次凹槽结构的制备。然而Bosch工艺需要在专门的等离子体刻蚀设备上才能实现，而且其工艺复杂，需要较高的真空度要求，这些问题限制了Bosch工艺在超疏油表面制备方面的推广。制备二次凹槽结构的另一种方法是静电纺丝方法。该方法通过将微细圆柱状的细丝沉积在基底上从而构造出二次凹槽结构，由于效率较高，目前在研究领域已得到广泛使用。然而，由于该方法中细丝的直径很小，构造的二次凹槽结构深度有限。这种有限深度的二次凹槽结构使表面的超疏油性能及其稳定性都受到影响。同时，由于细丝排布的规律难以控制，所以采用该方法难以实现二次凹槽结构的可控制备。

总之，目前制备超疏油表面方法中，Bosch工艺需要价格高昂的设备且制备过程复杂，而静电纺丝方法中，制备二次凹槽结构的可控性差，这在很大程度上影响了表面的超疏油性能及其稳定性。为实现可控超疏油表面的简易制备，本发明提出一种基于液态聚合物的毛细效应的毛细成形法。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于制备超疏油表面的毛细成形法，实现简易条件下的聚合物材料的超疏油表面的可控制备。

本发明按下述技术方案实现：

一种用于制备超疏油表面的毛细成形法，是：用预先制备好的微纳结构表面作为模板，将模板放置于一覆盖有液态聚合物薄膜的光滑平直基底上，经接触后将模板与基底分开5~50μm，分离的速度范围在0.1μm/s到5μm/s之间，液态聚合物在毛细力的作用下聚集在微纳结构和基底的间隙中，此时对液态聚合物进行固化即可实现二次凹槽结构的制备。

上述方法中，所采用的模板可以通过多种方法制备，需要保证模板上的微纳结构的顶端处于同一平面。

上述方法中，在光滑平直基底上覆盖液态聚合物薄膜的方法是首先将少量（体积<20μL）液态聚合物滴加在光滑平直基底上，再通过匀胶等方法使液态聚合物在光滑平直基底上铺展为厚度在0.1μm到20μm之间的薄膜。

上述方法中，液态聚合物可以是常态下为液体的聚合物且可通过光固化或热固化的聚合物，也可以采用热塑性聚合物，此时需要将聚合物加热至其熔点以上以保证其处于液态。