[发明专利]一种疏水各向异性表面及其制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种疏水各向异性表面及其制备方法与应用，属于微纳米技术及聚合物表面加工技术领域，所述疏水各向异性表面为一锥结构阵列表面，其通过配制铸膜液、刮膜并利用相转化、剥离与疏水修饰最终制得疏水各向异性表面。本发明通过改变刮膜的厚度、相转化溶剂的组成、混合相转化溶剂的配比制备尺寸大小不同的锥结构阵列表面，并用浓度不同的疏水性纳米颗粒来控制表面疏水性。本发明公开的制备方法简单、易行，制成的锥结构阵列大小易于控制，且成本低、环境友好、安全可靠，易于工业化规模生产。本发明公开保护的技术方案为大规模制备微纳米结构开辟了新的途径，为实现液体定向无损连续输送提供了新的思路。

技术领域

本发明属于微纳米技术及聚合物表面加工技术领域，具体涉及一种疏水各向异性表面及其制备方法与应用，尤其涉及一种疏水具有弹性微结构底垫的锥结构阵列表面的制备并将所述表面应用到液滴控制和无损耗液滴输运等领域。

背景技术

液体在各向异性表面上的定向运输是材料科学的一个重要研究方向，在微反应器、润滑、喷墨打印、自洁表面和微流体等领域均受到广泛关注。已有研究人员成功地制造了各向异性表面，实现了液滴在其表面的定向输运。同时，增加表面疏水性可以进一步降低液滴在表面上的摩擦。一般采用低表面能材料和粗糙的微纳米结构，通过在液滴下方滞留空气形成空气气垫从而实现疏水表面。然而，液体压力会破坏空气气垫、填充微纳米结构，导致液滴在表面粘附力增大，最终不利于液滴无损运输。

现有的各向异性表面的加工技术，由于其加工工艺复杂，成本高，限制了其在液体输送方面的发展和应用。因此，如何开发一个低成本、具有稳定空气气垫的疏水各向异性表面，对液滴进行定向收集和连续无损输送仍然具有很大的挑战。

发明内容

有鉴于此，为解决现有技术存在的技术问题，本发明提供一种疏水各向异性表面及其制备方法与应用。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种疏水各向异性表面的制备方法，所述方法具体包括如下步骤：

(1)配制铸膜液：将高分子颗粒、表面活性剂和溶剂搅拌混合均匀，得到高分子铸膜液；

将高分子颗粒、表面活性剂与溶剂以3:(0～2):(1～10)的比例混合，其中表面活性剂优选PVP(聚乙烯吡咯烷酮)、CTAB(十六烷基三甲基溴化铵)或SDS(十二烷基硫酸钠)，溶剂为DMAC(二甲基乙酰胺)或DMF(二甲基甲酰胺)。

(2)刮膜：采用刮刀将步骤(1)配制的高分子铸膜液刮涂在玻璃板上，并通过调节刮刀高度来控制刮膜的厚度，以得到一系列不同厚度的高分子膜；

(3)制备各向异性表面：将载有高分子膜的玻璃板浸入相转化溶剂中预定时间，相转化分离成膜，随后将膜分层剥离，即得具有锥结构阵列的各向异性表面；

本发明公开了一种相转化的方法，其中相转化指的是铸膜液的溶剂体系为连续相的一个高分子溶液，转变为高分子是连续相的一个溶胀的三维大分子网络式凝胶的过程，而这种凝胶就构成了相转化膜。

(4)制备疏水各向异性表面：将步骤(3)制得的具有锥结构阵列的各向异性表面超声清洗并浸泡于疏水溶液中，最终得到一种疏水各向异性表面。

优选的，所述步骤(1)中的搅拌温度为60℃～100℃，搅拌时间为1～12h。

优选的，所述步骤(2)中，所述高分子膜的厚度为100μm～500μm。

需要说明的是，本发明通过用刮刀在玻璃板上刮出不同厚度的高分子膜，以最终通过相转化及分层剥离得到一系列不同尺寸大小的疏水各向异性锥结构阵列表面，并通过对液滴输运的研究，可以获得单向运输的输运性能(具体实验参见下文)。

优选的，所述步骤(3)中的相转化浸泡时间为2s～1min，浸泡温度为5℃～40℃。