[发明专利]具有微米与纳米复合阵列结构的柔性材料及其制备方法和用途

说明书

技术领域

本发明属于化学化工、功能材料技术、微加工领域，特别涉及具有尺寸可控的微米阵列与纳米阵列复合阵列结构的柔性材料及其制备方法和用途。

背景技术

微米尺寸与纳米尺寸复合结构的材料，是一种具有不同于肉眼可见宏观结构的材料，即物质的结构尺寸在微米甚至纳米的范围内。研究表明，当物质的结构尺寸与某些物理常数相近似时，就会产生一些新的效应。这些物理常数包括声波的波长、光的波长、激子半径等。在表面能方面，生命体中特殊的微米与纳米复合的结构可赋予生命体特殊的表面性能。例如，自然界中某些植物叶片（如荷叶）及昆虫翅膀（如蝉、蝴蝶、蜻蜓翅膀等）表面的自清洁性，就是由于它们表面特殊的微米与纳米复合的结构使得固/液界面形成了气膜，从而导致水滴不能浸润而达到超疏水性引起的；在结构颜色方面，由于光在物质的微米与纳米复合的结构中的反射、散射、干涉或者衍射形成了特殊的颜色，并且这种颜色的形成与结构有关而与色素无关。微米尺寸与纳米尺寸可控的复合结构材料可以赋予复合结构材料可控的结构颜色，可控的微米尺寸与纳米尺寸的复合结构柔性材料因此具有光子晶体的特性，可用于开发新一代的柔性光子材料、储存材料以及显示材料。在场效应晶体管与有机光电材料方面，规整的微米尺寸与纳米尺寸的复合阵列结构能够改善基底与有机材料或聚合物材料的结合力，能够改善场效应晶体管材料的开关比和有机光电材料的光电转化效率。因此制备具有微观尺寸可控的微米尺寸与纳米尺寸的复合阵列结构的柔性材料是一个在光电材料、涂料、浸润性材料领域中具有重大意义的工作，所以如何寻找一种简便高效的方法得到微米与纳米微观尺寸可控的复合阵列结构柔性材料成为了一个人们关注的课题。

发明内容

本发明的目的在于提供具有尺寸可控的微米与纳米复合阵列结构的柔性材料。

本发明的再一目的在于提供一种柔性、微米阵列与纳米阵列的尺寸可控、微米阵列与纳米阵列的排布规整、制备成本低、制备简单的具有尺寸可控的微米与纳米复合阵列结构的柔性材料的制备方法。

本发明的另一目的在于提供具有尺寸可控的微米与纳米复合阵列结构的柔性材料的用途。

本发明的具有尺寸可控的微米与纳米复合阵列结构的柔性材料是以双面蒸镀有二氧化硅的硅片（优选是单晶（100）硅片）为基底，采用光刻和溶液湿法刻蚀的方法，在所述的硅片的表面得到由倒金字塔形凹陷构筑的微米尺寸可控的微米阵列，该由倒金字塔形凹陷构筑的微米尺寸可控的微米阵列具有图案化，倒金字塔形凹陷的大小和形状随光刻时所采用的光刻板所设计的尺寸和形貌的改变而相应改变，所述的倒金字塔形凹陷的微观深度随溶液湿法刻蚀的时间的延长而加深；以贵金属的颗粒为蒸发源，在硅片的表面及所述的倒金字塔形凹陷的表面蒸镀上金属薄膜，并置于马弗炉中，使在硅片的表面及所述的倒金字塔形凹陷的表面上的金属薄膜收缩成纳米尺寸可控的球形金属构筑的纳米阵列结构；采用酸性溶液刻蚀的方法，以球形金属构筑的纳米阵列中的金属为催化剂，催化酸性溶液刻蚀硅片，在硅片表面的球形金属处及倒金字塔形凹陷表面的球形金属处构筑得到纳米尺寸可控的圆柱形凹陷阵列；并以聚合物的预聚体为复型材料，一次复型得到一种具有超疏水、低粘附，可作为柔性显示材料，柔性信息储存材料等使用的尺寸可控的微米与纳米复合阵列结构的柔性材料。

本发明的具有尺寸可控的微米与纳米复合阵列结构的柔性材料是在聚合物膜的表面有可控纳米尺寸的圆柱形聚合物构筑的纳米阵列的凸起结构、由可控的微米尺寸的金字塔形聚合物构筑的微米阵列的凸起结构，且在微米尺寸的金字塔形聚合物的凸起上有纳米尺寸的圆柱形聚合物构筑的凸起结构。

所述的圆柱形聚合物中的圆柱的直径为100～1000纳米，高度为0.1～10微米。

所述的金字塔形聚合物的高度为1～1000微米。

所述的聚合物选自聚二甲基硅氧烷（PDMS）、聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）、聚乙烯（PE）和聚丙烯（PP）等中的一种。

本发明的具有尺寸可控的微米与纳米复合阵列结构的柔性材料具有在空气中超疏水的性质，该柔性材料的表面在空气中对水滴的接触角大于170°，滚落角小于2°。