[发明专利]光引发制备的图案化超亲水-超疏水相间表面及制备方法

说明书

本发明公开了光引发制备的图案化超亲水‑超疏水相间表面及制备方法，所述图案化超亲水‑超疏水相间表面由以下步骤制备而成：使用计算机打印绘制图案化的掩膜版，并将疏水丙烯酸酯溶解于低级醇中，加入交联剂、致孔剂和自由基型光引发剂，反应得到疏水丙烯酸酯溶液，将该溶液于玻璃基板间紫外线照射聚合，洗涤干燥后得到超疏水表面，之后将光刻胶或亲水单体均匀涂抹在超疏水表面上，加盖掩膜版后紫外线照射反应，洗涤干燥后即得图案化的超疏水‑超亲水相间表面；本发明中的光引发图案化超亲水‑超疏水相间智能表面制备方法简便，原理可靠，可应用于大规模生产，提供了一种图案化表面生产的全新思路。

技术领域

本发明涉及特殊材料制备图案技术领域，特别是光引发制备的图案化超亲水-超疏水相间表面及制备方法。

背景技术

润湿性是固体表面的基本特性之一，在自然界中，从宏观场景到微观世界无处不在，如荷叶上的水珠、细胞膜上的离子通道等，它在我们的生活中起着至关重要的作用。

ThomasYoung于1805年首次提出Young’s方程，这为进一步研究润湿性奠定了基础，推动了固体材料与液体或流体界面的研究。此后，在此基础上发展了不同的模型和理论，为实际应用提供了相应的指导。

1907年，Ollivier等首次报道了接触角接近180°的超抗润湿表面，但是，直到1997年Barthlott和Neinhuis对自然界中“荷叶效应”的研究，发现荷叶的自清洁作用与其表面的微米级乳突和表皮蜡质有关，超疏水表面的概念才逐渐受到人们的关注。随着表征手段的完善，发现荷叶表面这种特殊的润湿性是由荷叶表面化学成分以及表面形貌结构共同决定，通过改变这两个因素可以有效的构建超润湿性表面。自然界中一些生物已经进化出许多不同类型的特殊润湿性，如由一系列超疏水和超亲水乳凸组成，实现从潮湿的环境空气中自动捕集水分的沙漠甲虫的背部、在水面上行走水黾的脚部、蜘蛛丝和鱼鳞等，这些表面为超润湿性智能表面的设计、制造和应用提供了灵感。

在特定的区域同时具备超疏水-超亲水这两种极端润湿特性图案化表面在液滴捕集、液体输运、增强冷凝、微通道、微反应器和薄膜的定向生长等方面具有许多潜在的应用价值。同时，这种表面还可以作为润湿驱动的模板用于液体、微纳米粒子或DNA自组装，因此，超疏水-超亲水图案化表面在生物、化学、微控设备的前沿科学领域将具有很好地应用前景，而现有的表面微图案化操作的过程中也存在着诸如步骤复杂、环境条件要求高、易受污染等问题，亟需发展低成本且快速稳定的表面图案化技术。

发明内容

根据现有技术的不足之处，本发明提供了一种光引发图案化超亲水-超疏水相间表面及其制备方法，通过光引发作用在制备得到疏水表面上引入图案化的超亲水表面，工艺步骤简单可靠，产品质量稳定，受外部环境影响较小，为极端湿润特性的图案化智能表面的工业化应用提供了一种新的思路。

本发明公开了一种光引发图案化超亲水-超疏水相间表面的制备方法，包括以下步骤：

S1)使用计算机绘图软件绘制所需图案，并将其激光打印至菲林板上，得到图案化的掩膜版；

S2)将疏水丙烯酸酯溶解于低级醇中，加入交联剂、致孔剂和自由基型光引发剂，避光搅匀，得到疏水丙烯酸酯溶液；

S3)将步骤S2)中得到的疏水丙烯酸酯溶液均匀填充在间隔为0.01μm-3μm玻璃基板间，并在室温下使用365nm紫外线照射1-2min引发聚合，聚合完成后移开上层玻璃基板，洗去致孔剂，干燥后得到超疏水表面；

S4)避光条件下使用1.0-10.0mL商用光刻胶均匀涂抹在步骤S3)中得到的超疏水表面上，排出产生的气泡，之后在50-60℃加热板上加热至光刻胶完全干燥；

S5)将步骤S1)中得到的图案化掩膜版直接覆盖在步骤S4)中得到的均匀涂有商用光刻胶的超疏水表面上，于室温下使用365nm紫外线照射反应1-5min，反应结束后使用商用显影液洗去未参与反应的部分，干燥后得到图案化的超疏水-超亲水相间表面。