[发明专利]仿荷叶表面的超疏水薄膜及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种复合有机薄膜及其制备方法，尤其涉及一种超疏水薄膜及其制备方法。

背景技术

在自然界中，荷叶表面具有独特的自清洁功能，这是由其表面的微观结构和含低表面能的化学物质所决定的。通过荷叶表面的SEM图片可以看到，其表面由很多5μm～9μm的乳突所组成，而每一个乳突上又存在纳米级的二级结构。荷叶表面的超疏水微米-纳米二级结构(简称微/纳结构)包括：荷叶表面细胞形态具有微/纳米双重尺度的乳突结构，且在其表面微/纳结构中包含有疏水蜡质体。随着荷叶表面超疏水自清洁的微/纳结构特征和机理被人们所认知，无论在理论基础、技术构建还是实际应用等方面，微/纳结构都取得了长足的进步。

从仿生学的角度来说，制备高性能的仿荷叶微/纳结构涂层有两种方法：第一，在低表面能涂层表面构建微/纳粗糙结构；第二，在具有微/纳粗糙结构的材料表面形成低表面能的物质。遵循上述思路，国内外研究者采取了多种手段力图获得具有超疏水性的微/纳结构薄膜。具有代表性的工作有：(1)Chen等利用纳米球刻蚀的方法首先得到了排列整齐的双层聚苯乙烯(PS)纳米珠阵列，再用氧等离子体处理以进一步减小纳米珠的尺寸从而得到表面微结构；(2)Youngblood等在聚四氟乙烯存在下，用射频等离子体刻蚀聚丙烯(PP)制备出无规则微结构表面；(3)中科院化学所的江雷等利用CVD法在石英基底上制备了各种图案结构，如蜂房状、柱状、岛状的阵列碳纳米管膜；(4)Cho等以一种具有四重氢键的有机硅超分子(supraTES)为原料，利用溶胶-凝胶过程，得到了超疏水表面；(5)中科院化学所的徐坚等利用聚合物在溶剂蒸发过程中自聚集、曲面张力和相分离的原理，在室温和大气条件下直接成膜，构建了类似荷叶的微/纳双重结构的聚合物表面。上述微/纳结构涂层的共同特点为：涂层具有类似的微/纳结构，并经低表面能化合物进行表面处理。然而，这些表面处理一般需要在严格的实验室设备和工艺控制条件下进行，或者需要在特殊基底上(如碳纳米管阵列)才能实现，且制备过程复杂、成本高，无法大面积成膜，从而限制了微/纳涂层在生产领域的广泛应用。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种自清洁效果好、兼具电磁屏蔽功能、力学性能和稳定性好、成本低、环境友好的仿荷叶表面的超疏水薄膜，还相应提供一种制备工艺简单、成本低、可大面积成型微/纳结构的仿荷叶表面的超疏水薄膜的制备方法。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为一种仿荷叶表面的超疏水薄膜，所述超疏水薄膜包括低表面能材质的基膜和该基膜上形成的微/纳结构，所述微/纳结构包括基膜上均匀分布的微米级颗粒和该微米级颗粒上长出的纳米级乳突。

上述的仿荷叶表面的超疏水薄膜中，所述基膜优选为有机氟改性丙烯酸酯与有机硅改性聚氨酯复合物。

上述的仿荷叶表面的超疏水薄膜中，所述微米级颗粒和所述纳米级乳突主要是由改性氧化物纳米粒子聚集而成。所述改性氧化物纳米粒子可以为改性二氧化硅(SiO₂)纳米粒子、改性二氧化钛(TiO₂)纳米粒子、改性氧化锌(ZnO)纳米粒子或改性四氧化三铁(Fe₃O₄)纳米粒子，还可以为前述四种改性氧化物纳米粒子的任意组合。但经过我们的反复实验及对比观察，最优选的改性氧化物纳米粒子为改性Fe₃O₄纳米粒子。使用改性的Fe₃O₄纳米粒子不仅能使其在产品中的分布更加均匀，而且能更好地防止氧化物纳米粒子的沉降。

上述的仿荷叶表面的超疏水薄膜中，所述改性氧化物纳米粒子与所述基膜的质量比值优选为(0.1～2)∶1。

作为一个总的技术构思，本发明还提供一种上述的仿荷叶表面的超疏水薄膜的制备方法，包括以下步骤：