[发明专利]具有光电协同响应性的各向异性超顺滑界面及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及仿生超顺滑界面材料，特别涉及具有光电协同响应性的各向异性超顺滑界面及其制备方法。

背景技术

自然界为人们设计创新型的先进材料提供了新的方法和途径，向自然学习是先进材料发展的重要源泉。近年来，仿生材料受到了人们越来越多的关注。2011年，美国的Aizenberg等人(Nature,2011,477,443-447.)受猪笼草启发报道了一种液体注入式超顺滑界面，该界面具有良好的自修复性、抗压稳定性、防污以及自清洁功能。这种超顺滑界面在生物医药、流体操纵、燃料输运、防污、自清洁窗户和自清洁光学器件等领域表现出了巨大的应用前景。通过施加光、电、磁或热等外界刺激，可以控制液体在超顺滑界面上滑动行为，实现液体滑动的智能控制。单一外界刺激作用下的液体滑动控制往往存在响应速度慢及控制灵活性差等缺点，同时限制了其在复杂环境条件下的应用。为了实现更有效的控制液体在超顺滑界面上的滑动行为，多重刺激作用下的相互协同控制，特别是光电协同刺激作用，会使液体滑动行为的调控更智能，更精准。要实现光电协同控制液体在超顺滑界面上的滑动行为，必须采用导电的基底薄膜，同时引入具有光伏特性的材料。

现有技术在制备液体注入式超顺滑界面时，大多采用自组装法、水模板法、水热法，但是这些方法效率低、功耗大、对仪器要求高，并且制备出来的薄膜是各向同性的。此外，现有控制液体在超顺滑界面上的滑动行为时，多采用单一的电、磁、热等外界刺激，这些控制方法响应速度慢、控制灵活性差，限制了其在实际领域中的应用。因此本发明提出了采用具有导电性和光伏特性的有机聚合物制备超顺滑界面，以实现光电二元协同控制液体在超顺滑界面上的滑动行为，使其更好地满足微流控芯片、微反应器等应用的要求。

发明内容

本发明的目的之一是为了克服现有单一外界刺激控制液体在超顺滑界面上的滑动行为具有的响应速度慢和控制灵活性差的缺点，从而提供一种具有光电协同响应性的各向异性超顺滑界面，以实现通过光电协同刺激，精确地调控液体在超顺滑界面上的滑动行为。

本发明的目的之二是提供一种制备工艺简单、效率高、所得薄膜具有各向异性的可应用于控制液体滑动行为的聚合物超顺滑界面的制备方法。

本发明中应用于光电协同控制液体滑动的各向异性超顺滑界面的制备方法，具体包括以下步骤：

(1)将一定浓度的P3HT-PCBM混合溶液通过旋涂法涂覆在ITO或FTO导电玻璃上，运用定向冷冻法在液氮中冷冻；

(2)将上述薄膜放在冷冻干燥机中冷冻干燥6～15小时，得到P3HT-PCBM各向异性多孔薄膜；

(3)将一定粘度的硅油通过旋涂法涂覆在P3HT-PCBM各向异性多孔薄膜中，得到光电响应性的各向异性超顺滑界面。

优选的，所述的P3HT-PCBM混合溶液的浓度为1～8mg mL^-1，P3HT与PCBM的质量比为1:(0.2～5)。

优选的，所述的P3HT-PCBM溶液的溶剂为氯仿和1,2-二氯苯的混合溶剂，其体积比为1:(5～15)。

优选的，所述的P3HT-PCBM的旋涂速度为500～3000rpm。

所述的P3HT-PCBM各向异性多孔薄膜，其特征是：P3HT-PCBM具有各向异性，薄膜的厚度为0.2～5μm，孔隙大小为0.2～3μm；其平行方向的水接触角为110±3.8°，垂直方向的水接触角为115±2.2°，呈疏水状态；硅油的接触角为0°，呈超亲硅油状态。

所述的硅油粘度为2～500cSt，其旋涂速度为2000～8000rpm。

所述的各向异性超顺滑界面，其特征是：平行方向的水接触角为102.5±2.3°，垂直方向的水接触角为105.6±2.7°，呈疏水状态；其平行方向的滑动角为3.5±1.9°，垂直方向的滑动角为9.7±2.8°；在2.0V的电压辅助下，平行和垂直方向的水接触角随着光强的增加逐渐减小，滑动角逐渐增大；通过光电协同刺激，从而达到精确调控水滴滑动的目的；在20～80mW cm^-2强度的光辅助下，平行和垂直方向的水滑动角随着电压的增加而增加。