[发明专利]可调控透光率的力响应型表面褶皱的制备方法

说明书

本发明涉及可调控透光率的力响应型表面褶皱的制备方法，通过对透明的弹性基底进行氧气等离子体刻蚀形成一层亲水层；在刻蚀的弹性基底表面涂覆一层刚复合膜溶液，干燥成膜；拉伸已经制备好的双层膜后释放应力。通过以上方法得到材料表面规则的皱褶。本发明采用离子刻蚀改变弹性基底亲水性，表面涂覆刚性分子成膜后经过预拉伸形成具有规则形状的褶皱，通过对褶皱施加不同应变测量其对可见光的透过率，实现了6％‑90％的大范围调控褶皱表面透光率的的可逆转变。本方法操作方法适用范围广，操作简单，可逆性好，可大面积制备，在智能窗子领域有潜在的应用价值。

技术领域

本发明设计涉及一种普适的方法制备力响应型规则的材料表面褶皱，并利用应力改变材料表面褶皱形貌，从而达到大范围(6％-90％)调控可见光透过率的调控的目的，属于智能材料领域。

背景技术

材料表面的褶皱对光具有的强烈的散射作用，通过改变表面的褶皱形貌可以有效地调控材料本身的透光率，利用应力改变材料表面形貌，具有控制材料表面褶皱数量、方向、应变的时间等优势，在智能窗户领域有重要的应用。

1998年，Ned Bowden等人首次提出了在聚二甲基硅氧烷(PDMS)上制备褶皱的方法，通过在热膨胀的PDMS上沉积一层金属膜，利用PDMS冷却收缩产生的压应力在表面形成褶皱(Nature 1998,393:16-149)。By Seung Goo Lee等人利用模板法在PDMS上形成纳米柱，然后用紫外线臭氧处理预拉伸的PDMS形成刚性膜，释放应力后制备了表面有纳米柱修饰的褶皱，基于该原理制备的智能窗户，实现透光率调控范围约为25％-91％。

材料表面褶皱的制备主要有两个过程：(1)制备杨氏模量不同的双层膜结构；(2)通过对已有的双层膜施加一定的压应力形成褶皱。但是，现有的制备褶皱的方法中制作工艺相对复杂，适用的材料相对单一，循环过程中容易出现裂纹而导致循环寿命差等不足，并且通过褶皱调控最低透光率只能达到10％以上，最高透过率在90％以下，极大地限制了褶皱在实际中的应用。

中国专利文件CN105905868A公开了一种纳米级规则褶皱结构的加工方法。该方法主要包括：选取并制备可拉伸基底材料，使用夹具将所述可拉伸基底材料进行预拉伸，利用氟基气体的等离子体刻蚀在所述预拉伸后的基底材料上生长氟碳聚合物材料，将生长了氟碳聚合物材料的基底材料释放，得到纳米级规则褶皱结构。该方法成功的制备了500nm以下的规则褶皱，但是，该尺寸范围的褶皱不能调控材料自身的光学性质，而且制备过程中需要先将弹性基底在拉伸状态下生长表面材料，增加了制备过程中操作难度。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种可调控透光率的力响应型表面褶皱的制备方法。本发明通过改变预拉伸的大小和膜的厚度实现对褶皱和振幅的调控，并且可以利用很小的应变实现可见光透过率从6％到90％的大范围调控，并且可以大尺寸的制备，在智能窗子等领域具有潜在的应用价值。

本发明的技术方案如下：

一种可调控透光率的力响应型表面褶皱的制备方法，包括步骤如下：

(1)利用氧气等离子体氧化透明的弹性基底表面，在氧化后的基底表面滴涂一层刚性分子溶液并将溶剂蒸发去掉，在基底表面形成刚性分子膜；然后置于相对湿度为50％-80％的环境中1h以上，得到刚性膜-基底双层膜；

(2)将制备好回到原始状态，最终在表面形成规则的褶皱。

根据本发明，优选的，步骤(1)中所述的弹性基底为硅氧烷弹性体、聚酰胺弹性体、聚烯烃弹性体或聚氨酯弹性体。

优选的，所述的弹性基底的透光度≥90％。

根据本发明，优选的，步骤(1)中所述的刚性分子为聚乙烯醇(PVA)、壳聚糖(CS)、聚乙烯(PS)、羟乙基纤维素(HEC)、聚氯乙烯(PVC)、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、聚氨酯或醋酸纤维素(CA)；