[发明专利]一种可图形化调控功能薄膜润湿性的高效等离子体方法

说明书

本发明属于功能薄膜的技术领域，并公开了一种可图形化调控功能薄膜润湿性的高效等离子体方法。该方法包括下列步骤：(a)选取一维纳米材料和粘性热塑性材料制备基体薄膜；(b)采用等离子体射流在相应的气体氛围下来回扫描基体薄膜的一维纳米材料，以此将所述基体薄膜的表面疏水化/亲水化，即获得所需的功能薄膜；(c)再次采用等离子射流在功能薄膜上局部逐点扫描或者图案化扫描形成亲水/疏水图案，该亲水/疏水图案用于调节所述功能薄膜的润湿性。通过本发明，为高效收集空气中水分或者表面复杂流道提供了一种有效的新途径，在调控微区润湿性、微流道、新能源等领域有着潜在的应用。

技术领域

本发明属于功能薄膜的技术领域，更具体地，涉及一种可图形化调控功能薄膜润湿性的高效等离子体方法。

背景技术

调控固体表面的润湿性无论是在科学前沿还是在工业技术方面都具有十分重要的作用。早在上个世纪四十年代，人们就通过在二维材料表面制作微结构得到超疏水表面。最近在材料和生物方面的研究进展进一步提高了人们对物体表面润湿性调控的能力，其中一种普遍制作自清洁材料的方法是对疏水涂层表面进行修饰或者改性以使其变成超疏水材料。例如通过在交织纤维中硅纳米颗粒，该二元结构经过疏水的PDMS表面改性，即可将亲水表面转化成超疏水表面。通过这种类似的涂层或表面改性的方法来改变润湿性的方法虽然取得一定的效果，但其始终面临一系列固有的缺点：环境污染、高成本、面积受限、工艺复杂及稳定性差等特点。并且，制造梯度润湿性及图案化润湿性的材料尚未得到很好的解决，从而限制了相关技术和领域的发展。

同样，制备图案化润湿性材料在液滴运动调控、微材料输运、水滴收集、纳米材料定位等方面有着重要的作用。位于不同润湿状态的表面上的液滴将呈现不同的接触面积、接触角和接触角滞后，因此，可以通过调节表面润湿性来控制液滴运动和液体输送。Whitesides等人首先报告了在梯度润湿性表面上水滴的爬坡运动，该自由运动由作用在液滴的固液接触线上的梯度表面张力所驱动；Quere等人报道了在硅胶纤维上润湿硅油滴的自推进行为，其中驱动力为不对称液滴的拉普拉斯压力梯度；液滴在材料表面的自推进行为一个重要应用是增强固体表面的热传递，当湿蒸汽通过较冷的疏水基质时，水滴将在基质上成核并凝结，在相流的传热过程中快速地从较冷的基底上除去冷凝的水滴。

在纳米材料定位方面，可利用去湿弯月面引导纳米材料，其中分散的纳米材料将在移动的接触线处组装，与传统方法相比，这种直接自组装方法由于其简单性和与异构集成过程的兼容性而显得非常有必要。此外，可以通过垂直沉积方法在固体基质上制备大量胶体晶体，其中弯月面处的组件由纳米球的横向毛细管力驱动；Yang的研究小组报道了基于Langmuir-Blodgett单层的去湿特性的一步浸涂纳米材料图案化方法，通过控制溶液弯月面，纳米颗粒或纳米线的去湿和蒸发速率将线表面薄膜上带走并干燥到基材上，常见的调控材料润湿性的方法有镀膜、表面改性、制造表面微结构、降低表面活化能等方法，这些方法虽然具有一定范围内的优势，但其始终面临一系列难以避免的挑战：工艺复杂、环境污染、高成本、面积受限等。因此，有必要针对上述挑战做一些技术及生产上的改进。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种可图形化调控功能薄膜润湿性的高效等离子体方法，通过制备基体薄膜后，利用大气压等离子体射流将该基体薄膜亲水/疏水化形成亲水/疏水，获得所需的功能薄膜，然后调整工作气体、喷嘴管径、放电电压和放电频率，在功能薄膜上进行图案化或逐点扫描，以此在功能薄膜上获得亲水或疏水图案，由此实现功能薄膜润湿性的调控，该方法高效、低成本和无污染，解决受面积限制、工艺复杂和环境污染严重的技术问题。

为实现上述目的，按照本发明，提供了一种可图形化调控功能薄膜润湿性的高效等离子体方法，其特征在于，该方法包括下列步骤：

(a)基体薄膜的制备