[发明专利]一种在弹性体薄膜表面形成褶皱的方法

说明书

本发明提供了一种在弹性体薄膜表面形成褶皱的方法。该方法包括如下步骤：(1)在硬质基底表面形成纳米线网络，并以此作为模板；(2)在所述模板的含有纳米线网络的表面覆盖流动的弹性体材料，使所述弹性体材料填充至所述纳米线网络的全部空隙中并附着于所述硬质基底上；(3)使所述弹性体材料固化；(4)除去所述硬质基底，得到表面含有纳米褶皱的弹性体薄膜。本发明通过将由纳米线或纳米纤维构筑的纳米线网络转移至弹性体薄膜中，在弹性体薄膜表面大面积制备出纳米尺度的褶皱结构，纳米褶皱的形貌调控非常简便。利用本发明制备褶皱结构，无需光刻、纳米压印、电子束刻蚀等微纳加工技术，制备工艺简单、快速、成本低、重复性好。

技术领域

本发明涉及弹性体表面加工领域，尤其涉及一种在弹性体薄膜表面形成褶皱的方法。

背景技术

在材料表面进行图案化加工处理可以改变材料的表面形貌，进而对材料的物理、化学特性产生重要的影响。近年来，利用材料表面起皱获得微纳图案引起了极大关注。与光刻、纳米压印、电子束刻蚀、软刻蚀等传统表面微纳图案加工技术相比，通过褶皱在材料(尤其是柔性弹性体等软材料)表面构造微纳米图案不需要高精度掩模和昂贵复杂的处理设备，具有简单、快捷和低成本等特点，已在微纳加工制造、柔性器件构筑、智能感知等方面显示了其独特的应用优势。

目前，通过事先构筑软硬复合膜双层体系，进而利用加热、溶剂溶胀、机械拉伸等多种外部诱导方法在弹性体薄膜表面形成褶皱，是主流的褶皱加工方案。但是，一般只能获得微米尺度的褶皱，而且褶皱形貌的调控依赖于软硬复合膜的选取以及外部诱导条件变化，调控较为复杂。

发明内容

为了解决现有技术中存在的问题，本发明提出了一种在弹性体薄膜表面形成褶皱的方法，该方法包括如下步骤：

(1)在硬质基底表面形成纳米线网络，并以此作为模板；

(2)在所述模板的含有纳米线网络的表面覆盖流动的弹性体材料，使所述弹性体材料填充至所述纳米线网络的全部空隙中并附着于所述硬质基底上；

(3)使所述弹性体材料固化；

(4)除去所述硬质基底，得到表面含有纳米褶皱的弹性体薄膜。

使用本发明方法得到的弹性体薄膜，整个纳米线网络都被弹性体薄膜包裹住，没有任何外露。

在本发明一个优选实施方式中，在步骤(1)中，采用纳米线或纳米纤维在硬质基底表面形成纳米线网络。

其中，纳米线可以为无机纳米线、有机纳米线、有机/无机复合纳米线中的一种或多种。即，可以为使用上述三种不同纳米线随机组合。其中，有机/无机复合纳米线是指使用有机物和无机物复合后制得的纳米线。按照导电性能分类，纳米线也可为金属纳米线、半导体纳米线、绝缘体纳米线中的一种或多种，优选为银纳米线、铜纳米线、金纳米线、钛纳米线、GaAs纳米线、InP纳米线、Si纳米线、GaN纳米线、SiC纳米线、TiC纳米线、ZnO纳米线、SiO₂纳米线、TiO₂纳米线、聚苯胺纳米线中的一种或多种。纳米线可以采用气相法、液相法、模板法、回流法、微波法方法中的一种或多种制备而成。

其中，纳米纤维可以为天然纳米纤维、聚合物纳米纤维、无机纳米纤维、复合纳米纤维中的一种或多种。纳米纤维优选为天然蚕丝、天然蜘蛛丝、丝素蛋白纤维、碳纳米纤维、聚偏氟乙烯纳米纤维、聚乙烯纳米纤维、聚乙烯醇纳米纤维、尼龙纳米纤维中的一种或多种。纳米纤维可以采用干法纺丝、湿法纺丝、熔融纺丝、静电纺丝法、双组份复合纺丝法、熔喷法、激光拉伸法等方法中的一种或多种制备而成。

在本发明中，纳米线网络优选是指其中的纳米线或纳米纤维之间纵横交错、上下交叠，纳米线或纳米纤维之间存在空隙的结构。可以根据需要改变纳米线或纳米纤维的直径、长度、长径比、纳米线网络的形成方式来得到所需要的褶皱。