[发明专利]一种制备超疏油表面的液体辅助成形法

说明书

技术领域

本发明涉及功能表面制备技术领域，特指一种制备超疏油表面的液体辅助成形法，其适用于聚合物超疏油表面的制备，尤其适用于简易条件下的超疏油表面的制备。

背景技术

超疏油表面是指能够使表面张力较小的液滴（如油液液滴）在其表面呈现大接触角（>130°）的表面。由于能够使油液液滴具有较大的接触角，该表面将超疏水表面的性能拓展到了油液环境，可实现更加优异的自洁和减阻性能。因此，超疏油表面在近年来得到了广泛的关注。

已有的研究（“一种新型超疏油表面结构设计方法”，国家发明专利，申请号CN201010132465.4；Ahuja A,Taylor J A,Lifton V， Sidorenko A A,Salamon T R,Lobaton E J,Kolodner P， Krupenkin T N.Nanonails:A Simple Geometrical Approach to Electrically Tunable Superlyophobic Surfaces.Langmuir2008,24:9-14.和Tuteja A,Choi W，Ma M,Mabry J M,Mazzella S A,Rutledge G C,McKinley G H,Cohen R E.Designing Superoleophobic Surfaces.Science2007,318:1618-1622.）表明，表面的超疏油性能的实现决定于表面上二次凹槽结构，如附图1所示，这种二次凹槽结构2的最大特征是基底表面1上的二次凹槽结构2的顶端截面积大于底端的截面积，这使得液面在沿着微结构下降时，由于结构之间的间隙突然变宽，使得液面与微结构侧壁之间的接触角减小，一旦该接触角小于液面在光滑表面上的前进接触角，液面将不会下降。所以超疏油表面制备的关键在于构造出二次凹槽结构表面。

然而，采用目前已有的微加工工艺制备具有二次凹槽结构的表面存在一定困难。由于二次凹槽结构较为复杂，若采用模板法制备则会遇到难以脱模的问题。为解决难以脱模的问题，一种直接的方法就是将模板通过化学或热的方法去除掉，这将使得该模板不再可用，而模板本身的制备是比较困难的，所以这种方法体现不出模板法在成本上的优势。所以目前一般不采用模板法制备具有超疏油性能的二次凹槽结构表面。为了实现这些二次凹槽结构的精确制备，目前常用的方法是微纳加工方法中的Bosch工艺和静电纺丝方法。Bosch工艺需要在高真空条件下采用等离子体刻蚀待加工表面，获取结构可控性较好的二次凹槽结构表面。然而，由于Bosch工艺需要高真空条件和等离子体刻蚀设备，所以其成本较高，难以在简易的条件下获取超疏油表面；而且Bosch工艺相对于模板法来说，其制备的效率和复现性都不如模板法。静电纺丝方法是将所制备的圆柱状细丝沉积在表面上后可构造出二次凹槽结构。这种方法可在简易条件下制备超疏油表面，然而，由于细丝的直径很小，构造的二次凹槽结构深度有限，这种有限深度的二次凹槽结构使表面的超疏油性能及其稳定性都受到影响，而且，由于细丝排布的规律性差，使得该方法难以实现二次凹槽结构的可控制备。

总之，就目前制备超疏油表面方法来看，采用Bosch工艺需要价格高昂的设备且制备过程复杂，而采用静电纺丝法制备二次凹槽结构的可控性差。为实现简易条件下超疏油表面的可控制备，本发明提出一种液体辅助成形法。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于制备超疏油表面的液体辅助成形法，实现简易条件下的聚合物材料的超疏油表面的可控制备。

本发明按下述技术方案实现：

一种用于制备超疏油表面的液体辅助成形法，是：将辅助成形液体注入到经处理后具有选择性润湿性能的平直表面上，以液体和该平直表面作为模板通过复制模塑方法来实现二次凹槽结构的制备。

上述方法中，辅助成形液体作为模板使用，要求该液体与复制模塑法中所使用的液态聚合物不发生化学反应且难以混合，同时要求该液体对经处理的表面在不同区域具有不同的润湿响应。

上述方法中，经处理后具有选择性润湿性能的平直表面是通过化学涂层的方法或物理加工的方法使平直表面上不同区域具有不同的润湿性能，可通过一般的实现超疏水和超亲水性能的办法来实现。

上述方法中，将辅助成形液体注入到经处理的平直表面上时，辅助成形液体总停留在润湿区域，而不会铺展了润湿性能差的区域，使得液体的表面总在不同的润湿性能交界处与表面相交，同时液体表面的切线与平直表面间形成90°以上的接触角（决定于不同区域的润湿性能）。