[发明专利]一种具有仿生气孔结构的超疏水表面及其制备方法

说明书

本发明提出一种具有仿生气孔结构的超疏水表面及其制备方法，属于功能材料技术领域，特别涉及仿生气孔结构表面的制备方法。该方法包括：聚二甲基硅氧烷（PDMS）膜的制备、乙二胺（EDA）水溶液的配置、PDMS膜在正硅酸四乙酯（TEOS）中溶胀、将溶胀后的PDMS膜漂浮于EDA水溶液表面进行催化水解缩聚、热处理等步骤。本发明的超疏水表面上的仿生气孔为微米级结构，无需构筑纳米结构，也无需二次修饰氟硅烷等低表面能物质，制备方法巧妙，原料廉价，操作简单，能耗低。本发明的具有仿生气孔结构的超疏水表面具有不沾水、不沾酸、不沾碱、超亲油的特性，应用广泛。

技术领域

本发明属于功能材料技术领域，具体涉及一种具有仿生气孔结构的超疏水表面及其制备方法。

背景技术

超疏水表面因其特殊的浸润性能不仅在日常生活中有良好的应用前景，而且在国防军工造船等高科技领域也有迫切的需求。近年来，人们通过对荷叶等特殊润湿性动、植物表面结构的模仿，研究构筑类似多尺度微纳米界面，制备了许多超疏水和超亲水的界面材料，认识到固体表面的润湿性是表面微纳米结构和化学组成共同控制的结果。超疏水表面微观结构设计分为单尺度几何结构和多尺度分形几何结构，目前单尺度几何结构包括：正方形柱状阵列结构、梯形柱状阵列结构、半球状顶部柱状阵列结构、锥体阵列结构、圆柱状阵列结构和球形阵列结构等。仿生气孔结构还未被用于超疏水表面的制备。

PDMS作为一种柔韧性高、生物相容性好、无毒和化学稳定性高的有机硅高分子，被广泛用于超疏水表面的制备与研究。PDMS超疏水表面的制备方法有：模板法、光刻蚀、等离子体法、包覆法、有机无机掺杂法和水热法等。光刻蚀、等离子体法、包覆法等要使用激光、等离子体、喷涂和旋涂等昂贵设备，模板法受到模板结构和剥离步骤的操作影响较大，使用的氟硅烷成本较高，不利于工业推广应用。因此，发展一种方法简单、成本低廉，并且不沾水、不沾酸、不沾碱、超亲油的超疏水表面制备方法仍然迫在眉睫。

发明内容

本发明的一目的在于提供一种具有仿生气孔结构的超疏水表面，该材料具有不沾水、不沾酸、不沾碱、超亲油的特性。

本发明的再一目的在于提供具有仿生气孔结构的超疏水表面的制备方法。

本发明的另一目的在于在常温常压下采用廉价原料、简单方法，无需构筑纳米结构，无需二次修饰氟硅烷等低表面能物质，实现表面的超疏水化。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种具有仿生气孔结构的超疏水表面的制备方法，其包括以下步骤：

（1）制备PDMS膜；

（2）制备EDA水溶液；

（3）将步骤（1）中制备的PDMS膜在TEOS中溶胀；

（4）步骤（3）中溶胀过的PDMS膜漂浮于EDA水溶液表面进行催化水解缩聚，之后取出用去离子水清洗干净；

（5）将步骤（4）中处理好的PDMS膜置于烘箱中热处理，得到具有仿生气孔结构的超疏水表面。步骤（1）中，所述PDMS膜的制备方法如下：PDMS与固化剂的质量比为8:1-12:1，搅拌5min后真空除气泡，倒入模具中，在60~95℃固化3~12h，得到PDMS膜。

作为优选，步骤（2）中，所述EDA水溶液的制备是将EDA与去离子水按照体积比5:100~15:100混合均匀后密封保存。

作为优选，步骤（3）中，所述PDMS膜浸入TEOS中，在25~40℃下溶胀处理0.5~24h，取出并沥干表面残余TEOS。

作为优选，步骤（4）中，所述PDMS膜漂浮于步骤（2）中所述EDA水溶液表面，并密封容器，朝向空气面为超疏水面，催化水解缩聚时间为6~24h，反应温度为20~35℃。