[发明专利]一种可再编程驱动微柱阵列的制备方法

说明书

本发明公开了一种可再编程驱动微柱阵列的制备方法，将光固化高弹性树脂滴到带有规则微米级柱腔阵列的模板上使树脂渗透到模板的柱腔内；将带有规则微米级微柱阵列的冲模冲压到模板上；通过光照使模板和冲模之间的光固化树脂反应固化，柱腔与微柱之间的剩余树脂固化成圆鞘状；将冲模从模板上移除得到得到带有规则微米级圆鞘状空腔阵列的树脂外壳；将混有磁性纳米粒子的复合树脂滴到树脂外壳上，使得复合树脂渗透到树脂外壳的空腔阵列内；将PET基底覆盖到树脂外壳上，基底与树脂外壳结合后从模板上剥离，得到液核/固壳的磁性微柱阵列。

技术领域

本发明属于复合材料技术领域，具体涉及一种可再编程驱动微柱阵列的制备方法。

背景技术

刺激响应微纳米结构在外部驱动(如光、热、电、磁场等)的作用下会发生机械变形或运动，有着广泛的潜在应用前景。在触发机械变形/运动的不同驱动方式中，由于磁场驱动具有瞬时响应、简易和无损控制、以及成本低廉的优点，磁场驱动得到广泛应用。对于磁响应微纳米结构，细长微柱能够以可控和按需的方式可逆弯曲/倾斜，适合于表面工程的应用(如单向粘附、液滴运输、着色等)，并且已经得到广泛研究。

目前磁响应微柱阵列的合成已取得重大进展，合成通常采用两种方式：无模板磁组装和模板辅助成型技术。前一种方法中，微柱由混合磁性介质(分散的磁性纳米颗粒或磁性纳米线)的弹性体聚合物溶剂在外部磁场中干燥/固化后通过磁性组装自发形成，但纳米线在溶剂中随机分布，无法精确的控制其在固化微柱中的位置，从而无法精准的控制微柱的弯曲。在后一种方法中，通过将混合有磁性介质的聚合物渗透到空腔中，并在空腔中固化得到微柱，但是该方式只能合成具有相同功能的微柱，在外部磁场驱动下产生相同的弯曲响应，无法根据需求去控制阵列中微柱产生不同的弯曲响应。在此基础之上有课题组利用不均匀磁场控制单个磁柱的弯曲响应的方法，但该方法需要特定的磁源配置，并且无法实现在小尺度上的精确控制。

在上述方法之外，利用预先设计好的光掩模和两步紫外固化工艺，通过控制单个微柱内磁性纳米颗粒的空间分布，可以精确定制具有不同弯曲响应的微柱在阵列中以需要的组合形式排布。但通过以上方式中制备的磁性微柱阵列，其内部的磁性颗粒在制备过程中就已经被固定，因此在外部磁场的驱动下，只能产生在制备之前所设计好的特定响应，无法满足除此之外的弯曲响应需求，可重复使用性低，使用成本高，不利于实际应用。

发明内容

本发明目的在于提供一种可再编程驱动微柱阵列的制备方法，所得微柱阵列可以根据需要，通过改变外部竖向磁场调控微柱内磁性纳米颗粒的空间分布，得到具有满足需要的磁响应微柱阵列，从而达到可重复使用的目的。

为达到上述目的，采用技术方案如下：

一种可再编程驱动微柱阵列的制备方法，包括以下步骤：

1)将光固化高弹性树脂滴到带有规则微米级柱腔阵列的模板上，通过真空辅助成型使树脂渗透到模板的柱腔内；

2)将带有规则微米级微柱阵列的冲模冲压到模板上，排出柱腔中部分树脂，柱腔中剩余树脂包裹冲模微柱；所述微柱阵列与所述柱腔阵列匹配，且微柱直径略小于柱腔直径；

3)通过光照使模板和冲模之间的光固化树脂反应固化，柱腔与微柱之间的剩余树脂固化成圆鞘状；

4)将冲模从模板上移除，在模板上得到带有规则微米级圆鞘状空腔阵列的树脂外壳；

5)将混有磁性纳米粒子的复合树脂滴到树脂外壳上，使得复合树脂渗透到树脂外壳的空腔阵列内；所述磁性纳米粒子有非磁性物质包裹；

6)将聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)基底覆盖到树脂外壳上，基底与树脂外壳结合；复合树脂可以在空腔内部自由流动而不会流出；

7)将结合的基底与树脂外壳从模板上剥离，得到液核/固壳的磁性微柱阵列。

按上述方案，步骤1)所述光固化高弹性树脂为添加有光引发剂的聚氨酯丙烯酸酯树脂 (PUA)。