[发明专利]仿生结构的超疏油的水下自清洁的聚合物复合膜及其制法

权利要求书

1.一种仿生结构的超疏油的水下自清洁的聚合物复合膜，其是通过聚二甲基硅氧烷复型鱼鳞得到鱼鳞反结构的模板，或是光刻结合化学腐蚀法直接制备仿鱼鳞反结构的硅片作为模板；再用聚合物的单体和无机纳米粒子混合溶液原位聚合进行复型，得到具有仿鱼鳞结构的聚合物复合膜；其特征是：

所述的聚合物复合膜是由聚合物和无机纳米粒子复合而成，聚合物和无机纳米粒子的质量比为5∶9～21∶5；所述的聚合物复合膜表面具有仿鱼鳞的微米和纳米复合的粗糙结构，在水下吸水后发生溶涨，在聚合物复合膜表面形成一层水、无机纳米粒子和聚合物共存的复合膜层，该聚合物复合膜在水中表现出超疏油的自清洁特性，该聚合物复合膜对油的接触角大于150°。

2.根据权利要求1所述的仿生结构的超疏油的水下自清洁的聚合物复合膜，其特征是：所述的聚合物选自聚丙烯酰胺、聚N，N-二甲基丙烯酰胺、聚N-乙基丙烯酰胺、聚N-异丙基丙烯酰胺、聚N-乙烯基己内酰胺、聚丙烯酸、聚丙烯酸钠、聚丙烯酸钾、聚2-丙烯酸-2-甲氧基乙酯所组成的组中的至少一种。

3.根据权利要求1所述的仿生结构的超疏油的水下自清洁的聚合物复合膜，其特征是：所述的无机纳米粒子的粒径为1～200纳米，选自天然蒙脱土、合成锂蒙脱石、碳纳米管、氧化硅纳米粒子、氧化铁纳米粒子所组成的组中的至少一种。

4.根据权利要求1所述的仿生结构的超疏油的水下自清洁的聚合物复合膜，其特征是：所述的仿生结构的超疏油的水下自清洁的聚合物复合膜的压缩强度大于3.5MPa，拉伸强度大于0.4MPa。

5.一种根据权利要求1～4任意一项所述的仿生结构的超疏油的水下自清洁的聚合物复合膜的制备方法，其特征是：该方法包括以下步骤：

1)将带有鱼鳞的鱼皮剥下，放入梯度酒精中脱水后烘干，将聚二甲基硅氧烷与固化剂按照质量比为8∶1～10∶1的比例混合得到混合物，然后将混合物倒于所述带有鱼鳞一面的鱼皮上，在真空容器中抽真空后转移到温度为70～120℃的烘箱中固化；固化后，将聚二甲基硅氧烷与固化剂的混合物与鱼皮剥离，得到表面具有鱼鳞反结构的固化的聚二甲基硅氧烷与固化剂的混合物模板；或

将硅片放入热氧化炉中，在氧气气氛中以800～1000℃的温度氧化硅片，在硅片表面获得厚度为100～300纳米的氧化硅薄层；取出，在氧化硅薄层表面旋涂一层光刻胶，在光刻胶表面覆有带有微米正方形阵列图案的光掩模，所述的微米正方形阵列的尺寸为50～200微米；然后以紫外接触式光刻机对上述的硅片进行曝光，将曝光后的硅片放入上述光刻胶所对应的显影液中显影；然后用水浸洗，氮气吹干，形成表面光刻胶图案化的硅片；将光刻胶图案化的硅片放入缓冲氧化物腐蚀液中腐蚀不受光刻胶保护的氧化硅区域；腐蚀结束后用水浸洗，再用丙酮除去光刻胶；将硅片放入碱性硅腐蚀液中腐蚀，形成高度为5～40微米的四棱锥坑或四棱台坑的结构；最后利用二次腐蚀液腐蚀硅片10秒～60秒，在硅片的四棱锥坑或四棱台坑的壁的表面获得纳米级的粗糙度，得到硅片表面具有仿鱼鳞反结构的硅片模板；

2)将聚合物的单体、无机纳米粒子和引发剂溶于水中得到混合溶液，经过搅拌和超声将混合溶液混合均匀；其中混合溶液中聚合物的单体的质量百分含量为10％～20％，无机纳米粒子的质量百分含量为5％～18％，引发剂的质量百分含量为0.1％～0.6％，余量为水；

3)将步骤2)得到的混合溶液倒在步骤1)得到的模板上，用波长为365nm的紫外光照射模板上的混合溶液，使聚合物的单体和无机纳米粒子在引发剂的作用下发生交联聚合得到复合物，将得到的复合物与模板剥离，得到高机械强度的仿生结构的超疏油的水下自清洁的聚合物复合膜；或

向步骤2)的混合溶液中加入催化剂，其中催化剂在混合溶液中的质量百分含量为0.1％～0.6％，将得到的混合溶液倒在步骤1)得到模板上，使聚合物的单体和无机纳米粒子在引发剂和催化剂的作用下，在温度为0～60℃的环境中发生交联聚合得到复合物，将得到的复合物与模板剥离，得到具有仿鱼鳞结构的水下自清洁聚合物复合薄膜；

所述的聚合物复合膜是由聚合物和无机纳米粒子复合而成，聚合物和无机纳米粒子的质量比为5∶9～21∶5。

6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征是：所述的梯度酒精的质量浓度为50％、70％、85％、95％、100％。