[发明专利]一种仿生气穴结构的柔性薄膜及其制备方法

说明书

本发明提供了一种柔性薄膜，所述薄膜表面具有气穴，所述气穴为仿弹尾虫结构，所述气穴以单层紧密堆积的阵列形式分布于所述柔性薄膜表面，所述气穴尺寸为微纳米级；本发明所提供的柔性薄膜的微纳米级结构是二维尺度上的，在拉伸刺激下会表现出浸润性的动态变化，增加了应用的灵活性。本发明所提供的柔性薄膜利用软光刻原理制备，制备方法简单，快捷高效，可以迅速制备目的结构样品。

技术领域

本发明属于材料科学技术领域，具体涉及一种利用软光刻原理制备材料表面带气穴结构的微纳米级结构阵列功能材料的方法。

背景技术

对于材料性能的研究，主要还是围绕着材料的材质、结构和性能三者之间的关系进行的，而随着探测技术的进步，人类发现除了肉眼可见的宏观尺度结构外，材料表面的微纳米结构使材料获得了与宏观尺度结构不同的新特性。因此，材料表面微纳米级结构的构筑及其性质的研究成为现阶段材料科学领域的诸多重要课题之一。通过开发不同的材料表面的微纳加工技术，人们实现了材料表面微纳结构和性质的多样化，并将其运用到生活中的诸多领域。

固体表面上的液体和微观结构之间稳定存在的气体是使表面实现超疏水的促进剂。气体比例的增加增强了粗糙表面的疏水性，从而更适合于Cassie-Baxter模型，这使得表面更容易产生超疏水或超疏油性。在自然界中，弹尾虫的蘑菇状表面结构引起了科学家的广泛关注。向内凹入的结构可以防止水和油的渗透，从而为昆虫提供了氧气，使其可以在特殊条件下持续生存。受弹尾虫的启发，获得高比例的气体部分并保持其稳定性成为构造超疏水表面的有效方法。但是在科学研究中，自然结构有其局限性。因此，发展一种通过结合仿生微纳米结构来获得超疏水表面的简便方法是十分有意义的。

发明内容

本发明的内容是提供一种方法简单、快捷、高效的利用软光刻原理制备材料表面带气穴结构的微纳米级结构阵列功能材料的方法。

本发明技术方案如下：

一方面，本发明提供了一种柔性薄膜，所述薄膜表面具有气穴；所述气穴为仿弹尾虫结构，仿弹尾虫结构即为薄膜表面向内凹入形成的小开口、大内腔的凹穴结构，即凹穴在竖直方向的任一截面中，开口处的宽度小于凹穴内部的最大宽度(竖直方向是指垂直于薄膜所在平面的方向)。

优选地，所述气穴以单层紧密堆积的阵列形式分布于所述柔性薄膜表面；所述气穴尺寸为微纳米级。

优选地，所述单层紧密堆积的阵列为单层六方紧密堆积；所述气穴直径为1～2μm；优选为2μm。

另一方面，本发明提供了一种上述柔性薄膜的制备方法，所述方法包括以下步骤：

步骤a：在亲水基底上制备单层紧密堆积的聚合物微球阵列；

步骤b：用聚二甲基硅氧烷在所述微球阵列上进行软光刻；

步骤c：将聚二甲基硅氧烷从所述基底上脱离，得到具有仿生气穴结构的柔性薄膜。

优选地，所述步骤a包括以下步骤：将经过疏水化处理的聚合物微球分散于乙醇与水的混合溶液中，得到聚合物微球的分散液；在培养皿中注满去离子水，将所述分散液滴到培养皿中空气-去离子水的界面上，静置10～30s，再沿培养皿侧壁滴加表面活性剂的水溶液，使所述聚合物微球紧密地堆积成单层；将所述亲水基底伸入到水面以下，平铺于单层微球的下方，接着从所述单层微球的下方缓慢向上提起，然后置于斜面自然干燥，从而在亲水基底上得到单层紧密堆积的聚合物微球阵列；

所述疏水处理为：用乙醇与水体积比例为1：1的溶液进行离心清洗以除去原聚合物微球溶液中的表面活性剂；

所述混合溶液中乙醇与水的体积比为1：1；所述混合溶液的用量为5～20mL；所述分散液的浓度为1～20wt％；所述分散液通过一次性注射器滴加；所述分散液的用量为0.1～ 1.0mL；所述表面活性剂水溶液的用量为50～200μL、浓度为5～10wt％；所述亲水基底的材质与所述聚合物微球不同。