[发明专利]一种基于PDMS仿生鲨鱼皮复制品的超疏水表面及其制备方法

说明书

本发明公开了一种基于PDMS仿生鲨鱼皮复制品的超疏水表面及其制备方法，属于疏水表面制备技术领域。本发明以鲨鱼皮为模板，经PDMS两次倒模得到鲨鱼皮复制品，鲨鱼皮复制品表面具有微米级沟槽结构；将PDMS鲨鱼皮复制品置于酒精灯或打火机火焰上方进行均匀燃烧处理，使燃烧时产生的纳米颗粒沉积在PDMS鲨鱼皮复制品上，使表面结构表现为微纳结构，最后进行加热处理。本发明提供的超疏水表面的制备方法，液滴接触角大于150°，滚动角小于10°，材料表现为超疏水的性质。本发明工艺简单、成本低、易于控制，在防雾防冰、自清洁、减阻、油水分离等领域具有良好的应用前景。

技术领域

本发明涉及一种基于聚二甲基硅氧烷(Polydimethylsiloxane，简称PDMS)仿生鲨鱼皮复制品的超疏水表面及其制备方法，属于疏水表面制备技术领域。

背景技术

超疏水表面是指液体(通常指水)接触角大于150°，滚动角小于10°的表面，其典型的两个特点是具有特殊的微纳米结构且表面能较低。由于超疏水表面与水滴之间的接触面积极小且水滴易于从表面滚落，使得超疏水表面除具有自清洁功能外，还在防雾防冰、抗腐蚀、油水分离、流体减阻等方面具有广泛的应用价值。

制备超疏水表面必须具备两个条件：一是构造三维的微纳复合结构，这种结构可以捕捉空气，形成气垫，降低固液的接触面；二是降低固体物质的表面能，主要是由于固体表面能的降低可以使液滴在固体上滚动的阻力减少。超疏水表面应用于汽车、船舶和飞机表面可以防雾抗冰、降低表面阻力，对于提高能源利用率、减低油耗、增加航程有重要意义。

目前制备超疏水表面的方法众多，比如溶液浸泡法、化学腐蚀法和阳极氧化法等，但都存在制备工艺复杂、成本高、机械稳定性差等不足。针对于以上需求及局限性，本发明提出了一种基于PDMS仿生鲨鱼皮复制品的超疏水表面，对鲨鱼皮复制品进行燃烧处理，在其表面形成一层纳米结构，并与鲨鱼皮微结构相结合形成微纳结构，具有超疏水的功能。该发明提供了一种制备超疏水表面的方法，得到的超疏水表面接触角达到150°以上，具有工艺简单、成本低，基膜可以重复利用的优点。

发明内容

针对背景技术中的问题，本发明提供了一种基于PDMS仿生鲨鱼皮复制品的超疏水表面及其制备方法，该发明基于仿生学，利用PDMS复制鲨鱼皮表面微结构，并对其进行火焰燃烧处理，得到表面具备微纳双结构的超疏水表面。该表面可用于汽车、船舶、飞机表面来降低表面阻力、防止结冰，具有重要的应用价值。本装置使用范围广，具有较高的科研应用价值。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种基于PDMS仿生鲨鱼皮复制品的超疏水表面及其制备方法，该方法主要包括PDMS仿生鲨鱼皮复制和超疏水处理两大部分。PDMS鲨鱼皮复制过程主要包括：S21，鲨鱼皮预处理；S22，PDMS进行一次倒模；S23，对PDMS一次模具进行亲水处理；S24，PDMS二次倒模；S25，得到PDMS鲨鱼皮复制品。S26超疏水处理，主要是利用燃烧装置进行均匀燃烧。

第一步：鲨鱼皮预处理；

本发明使用的是具有微结构的干鲨鱼皮，首先将干鲨鱼皮用常温水进行浸泡1-2天，将皮下组织进行处理，在处理过程中，一是要保证鲨鱼皮的厚度要均匀，二是不能破坏鲨鱼皮表面的微结构。其次，将鲨鱼皮进行刚性固定，对其清洗和干燥处理。对鲨鱼皮表面进行超声清洗，随后在50℃条件下干燥3-4小时。

第二步：PDMS鲨鱼皮一次倒模；

以预处理后的鲨鱼皮作为一次倒模的模板，将其周围用高于鲨鱼皮的挡板进行固定。将PDMS的预置剂(A胶)：凝固剂(B胶)为10:1的比例进行混合，搅拌至气泡均匀倒入鲨鱼皮培养皿中，利用真空泵将气泡抽出，待气泡消失后将培养皿置于80℃的加热板上加热30分钟，PDMS便固化成型。待凝固的PDMS降温后，用镊子将覆盖在鲨鱼皮上方的PDMS撕下便可得到鲨鱼皮一次倒模后的结构(即鲨鱼皮的反结构)。

第三步：亲水处理；