[发明专利]一种湿度响应各向异性复合表面的制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种湿度响应各向异性复合表面的制备方法：(1)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；(2)首先处理硅片，形成V型棱柱凹槽结构，得到基片；然后将主剂与硬化剂混合，去除气泡，得到混合液；再将混合液倒在基片上，除去V型棱柱凹槽结构之外的混合液，固化处理，得到固化PDMS薄膜；取出，得到各向异性PDMS基底；(3)将高分子铸膜液涂在各向异性PDMS基底上，并通过调节体积来控制的厚度，即可得一系列不同厚度的湿度响应各向异性复合表面。本发明湿度响应各向异性复合表面在不同湿度下具有明显的软/硬形态转化，兼具各向异性/各向同性的结构切换，实现了表面对物体的粘附性可控等性能。

技术领域

本发明涉及功能材料技术领域，更具体的说是涉及一种湿度响应各向异性复合表面的制备方法与应用。

背景技术

仿生粘附表面在智能机器人、可穿戴器件和生物医疗等领域具有广泛的应用前景。而自然界中的许多生物为了适应复杂的生活环境，进化出了具有独特功能的生物粘附表面。例如章鱼、树蛙和蜉蝣幼虫具有独特的湿粘性表面，这些表面具有特殊的微/纳米结构或化学组成，使它们能够有效地固定在复杂的生活环境中接触底物和捕捉猎物。受此启发，许多研究工作者仿其生物体表面微/纳米结构和化学组成，设计并制备了人造可粘附表面广泛应用于生物医学(如止血)、日常生活(如底漆)、和工业生产(如水下粘合剂)等领域(Adv.Funct.Mater.2019,1905287)。

但是，目前大部分研究工作致力于湿态环境中对物体粘附的控制，如何使得表面在不同湿度下具有明显的粘附态转化，形成可控的表面粘附性仍然是一个挑战。同时，湿度的变化还会导致表面形貌的变化，如何基于表面的各向异性结构，实现物体在表面的各向异性的粘附也具有很大的挑战性。

因此，如何开发一种湿度响应各向异性复合表面是本领域技术人员亟需解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种湿度响应各向异性复合表面的制备方法与应用，该湿度响应各向异性复合表面在不同湿度下具有明显的软/硬形态转化，兼具各向异性/各向同性的结构切换，实现了表面对物体的粘附性可控等性能。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种湿度响应各向异性复合表面的制备方法，具体包括以下步骤：

(1)配制高分子铸膜液

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；

(2)制备各向异性PDMS基底

首先利用光刻法处理硅片，形成V型棱柱凹槽结构，得到基片；然后将主剂与硬化剂混合，利用抽真空的方法去除气泡，得到混合液；再将混合液倒在基片上，利用手术刀法除去V型棱柱凹槽结构之外的混合液，并进行固化处理，得到固化聚二甲基硅氧烷(PDMS)薄膜；最后将固化PDMS薄膜从硅片上取出，得到各向异性PDMS基底；

(3)涂膜

将高分子铸膜液涂在各向异性PDMS基底上，并通过调节高分子铸膜液的体积来控制高分子膜的厚度，即可得到一系列不同厚度的湿度响应各向异性复合表面。

进一步，上述步骤(1)中，高分子颗粒为聚酰亚胺和聚醚砜的混合物，其中两者的质量比为(0:10)-(10:0)。

采用上述进一步技术方案的有益效果在于，本发明基于聚合物相转化的原理，即通过湿度调节聚合物间相互作用程度引起对高分子液膜软硬态的动态控制，使得材料表面形态、刚度变化，进而调控表面的粘附性。其中相转化是指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。

进一步，上述步骤(1)中，表面活性剂为聚乙烯吡咯烷酮、十六烷基三甲基溴化铵或十二烷基硫酸钠。