[发明专利]一种柔性磁控蘑菇头表面的制备方法及无磁性制备装置

说明书

一种柔性磁控蘑菇头表面的制备方法，涉及磁流变弹性体微结构表面的制作方法及装置技术领域，包括：步骤1、制备混合溶液；步骤2、喷涂，并形成尖状微结构；步骤3、利用无磁性制备装置，制备蘑菇头状微结构；步骤4、加热，使有机溶剂硅油挥发。无磁性制备装置包括H形支架、压板、托盘、直线导向机构、及间距微调机构。本发明制备的柔性磁控蘑菇头表面不仅具有可靠的润湿性能转换能力，还具有瞬时响应性和远程控制能力，且调控过程仅使用磁铁就可完成。本发明的无磁性制备装置，能通过调节上顶螺钉的旋转，主动实现微结构表面与压板之间距离的精确调控，从而调节蘑菇头状微结构的尺寸。

技术领域

本发明涉及磁流变弹性体微结构表面的制作方法及装置技术领域，具体涉及一种柔性磁控蘑菇头表面的制备方法及无磁性制备装置。

背景技术

近年来，具有微纳米结构的超疏水表面逐步进入了研究者的视野中，其表面的微纳米级复合结构减少了液滴和表面的接触面积，从而阻止了液滴对表面的浸润，使得表面表现出超疏水特性。随着研究的不断深入，越来越多的具备超疏水性能的材料和表面在生产和生活中也有了广泛的应用，包括液滴操纵、防污、防冰、自清洁等。

随着智能技术的发展，对具有智能润湿性能切换功能的表面有着强烈的需求。此类表面通常通过响应外部刺激，进而改变微观结构和表面化学性能，以此表现出润湿性切换能力。目前已经有利用光照、温度、PH值等外部刺激来可逆性地改变表面微观形貌以实现润湿性能可逆切换的方法，但其响应过程较为缓慢；而电场虽能实现瞬时响应，但又存在耗能、安全性等问题。此外，这些具有动态可控的微结构大多数涉及精密制造技术、电化学技术、光刻技术等相对复杂的制备过程，成本高且耗时大。因此，如何在实现瞬时调控润湿性能转换的同时，保证工艺的简单性以及适用性，是目前所面对的挑战。

磁场调控拥有便利性、瞬时响应性、远程可控性以及安全性等众多优点，许多科研人员尝试通过调节磁场来控制各种磁敏智能软材料(主要包括磁流变胶体和磁流变弹性体)的表面润湿性能。其中，磁流变胶体因其属于流体范畴，易流动且发黏，所以适用性较低；而磁流变弹性体由高弹性聚合物基体及分散在其中的微纳米级磁性颗粒组成，可以通过磁场变化快速改变物理特性，是智能材料未来技术发展的一项趋势与热点。

目前，制作具有类似蘑菇头形状微结构的磁流变弹性体微结构表面的方法有软模法和刮涂法。这些方法的缺陷在于：利用软模法制备类似蘑菇头状微结构需要昂贵的机器和模板，制备成本高，步骤复杂并且不易脱模；利用刮涂法自组装工艺制备类似蘑菇头状微结构难以控制微结构与压板之间的距离，从而难以调控微结构的尺寸。

发明内容

为解决现有技术中存在的问题，本发明提供了一种柔性磁控蘑菇头表面的制备方法及无磁性制备装置，目的在于去除制备工艺过程中昂贵的机器与模板、复杂的步骤，提高脱模的简单性，在保证简单易操作的基础上，实现微结构与压板之间距离的主动精细调节，进而可以主动调节蘑菇头状微结构的尺寸。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：

一种柔性磁控蘑菇头表面的制备方法，包括：步骤1、将聚二甲基硅氧烷前体与固化剂按照质量比10:1比例混合，然后加入有机溶剂硅油剧烈搅拌，使聚二甲基硅氧烷溶解其中，之后，再次加入铁粉颗粒并剧烈搅拌，形成均匀的混合溶液；步骤2、利用喷涂工具将混合溶液喷在置于磁铁之上的基底上，由于磁场的作用，铁粉颗粒在未固化的聚二甲基硅氧烷混合物中自发的沿磁场线进行排列，并在基底上表面形成微米级的阵列尖状微结构；步骤3、所述的磁铁、基底构成磁驱动自组装单元，所述的磁驱动自组装单元可拆卸安装于无磁性制备装置内，利用无磁性制备装置，将尖状微结构挤压成蘑菇头状微结构，并在磁场的作用下保持形状稳定；步骤4、将整个无磁性制备装置及磁驱动自组装单元放入恒温加热箱中加热，使有机溶剂硅油挥发，同时让蘑菇头状微结构中的聚二甲基硅氧烷完成固化，并与底部基底连接在一起形成试样；步骤5、将整个无磁性制备装置及磁驱动自组装单元从恒温加热箱中取出，并从无磁性制备装置中取出试样。