[发明专利]微纳分级结构的聚合物材料及其制备方法

说明书

一种微纳分级结构的聚合物材料及其制备方法，该方法包括：制备具有微纳分级结构的氧化铝模板，其中，在所述氧化铝模板上形成阵列化的微米孔并在所述微米孔内形成纳米孔结构；在所述氧化铝模板上进行聚合物的原位聚合，使聚合物充满所述氧化铝模板上的微米孔和纳米孔，以复制所述氧化铝模板的微纳分级结构；通过腐蚀液溶解去除所述氧化铝模板，得到具有微纳分级结构的聚合物材料。本发明的方法制备微纳分级结构聚合物材料，具有可大量制备、结构参数高度可控、制备成本廉价等优点。

技术领域

本发明涉及聚合物仿生材料，特别是涉及一种微纳分级结构的聚合物材料及其制备方法。

背景技术

传统的人工合成微纳分级聚合物仿生材料的方法大体上分为两种，一种是先通过半导体工艺的微纳加工方法,先制备具有微纳结构的硅模具，再通过浇注聚合物的前驱体在模具中原位聚合，最后脱模得到所需求的聚合物分级结构。这种方法对硅模具的加工工艺要求十分苛刻，同时成本非常可观，脱模时聚合物与模具分离时还可能会有一些纳米结构的损失。

另一种方法是两步法，先制备只具有微米结构的模具，此时由于这一步仅需要制备微米尺度的结构，传统的紫外光刻工艺甚至软光刻工艺就可以实现，甚至可以直接采用生物组织材料作为模板。在得到模具后用聚合物进行翻模，初步得到具有微米结构的聚合物基底，再通过二次生长或者物理化学吸附的方法在聚合物的表面二次生长一层纳米棒或纳米线，如ZnO纳米棒，最后得到具有微纳分级结构的聚合物材料。这种方法由于纳米层和微米层不是一体化的，二次生长得到的纳米功能层与底部的微米结构层之间没有强力的结合作用，使得材料本身的可靠性受到挑战，同时二次生长或组装的过程一般为随机过程，得到的表面纳米功能层的有序程度较为不可控，制备的可重复性堪忧。

上述方法的缺点：一是制备成本高，对于每一种不同结构参数的聚合物分级结构，需要分别制备相应的硅基模具，因此成本过于高昂，其结构微米尺度和纳米尺度的功能性参数的可调控性受到限制；二是制备结构不一定完整，这是由于硅基模具过于昂贵脱模时一般不采用溶解模具的方法，这就使得聚合物和模具分离时会发生结构损失；三是制备量有限，基于硅基微纳加工工艺的生产制备方法单次可生产的样品尺寸有限，且批量或流水化的生产流程对设备有很高的要求；四是制备的可重复性和可靠性受到挑战，对于采用二次生长或吸附法制备的样品，由于二次生长过程为随机过程，无法保证每次得到的表面纳米层都一致并具有有序的结构。

以上背景技术内容的公开仅用于辅助理解本发明的发明构思及技术方案，其并不必然属于本专利申请的现有技术，在没有明确的证据表明上述内容在本专利申请的申请日已经公开的情况下，上述背景技术不应当用于评价本申请的新颖性和创造性。

发明内容

本发明的主要目的在于克服上述技术缺陷中的至少一种，提供一种微纳分级结构的聚合物材料及其制备方法。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种微纳分级结构的聚合物材料制备方法，包括：制备具有微纳分级结构的氧化铝模板，其中，在所述氧化铝模板上形成阵列化的微米孔并在所述微米孔内形成纳米孔结构；在所述氧化铝模板上进行聚合物的原位聚合，使聚合物充满所述氧化铝模板上的微米孔和纳米孔，以复制所述氧化铝模板的微纳分级结构；通过腐蚀液溶解去除所述氧化铝模板，得到具有微纳分级结构的聚合物材料。

进一步地：

所述方法具体包括如下步骤：

①对铝基底进行预氧化，制备表面具有纳米级厚度的氧化铝的铝基底；优选地，所述铝基底在预氧化之前经过退火处理；

②通过光刻工艺，在所述铝基底上形成光刻胶图案层；

③将所述铝基底在酸溶液中进行阳极氧化，在无所述光刻胶图案层保护的区域形成微米级的氧化铝微坑阵列；