[发明专利]一种仿花瓣超疏水高粘附表面的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种硅橡胶微阵列的制备方法。

背景技术

自从花瓣表面的微纳米凸起结构被发现以来，超疏水型高粘附表面的研究吸引了人们的关注。高粘附超疏水表面对宝贵的试剂和溶剂的有效利用、药物发现、DNA分析、分子或粒子的合成等有重要的应用。如图1-3所示玫瑰花瓣的宏观和微观结构，可以发现微观花瓣是由许多微凸起组成，单个微凸起表面存在着纳米结构，且凸起之间的间距较大。

已有的研究表明，影响固体表面浸润性的因素主要有两个：一是表面自由能，二是表面粗糙度。当表面自由能降低时，疏水性能就会得到增强。然而，即使是具有最低表面能的光滑固体表面与水的接触角也才接近120°。而且，由于表面能是材料的固有特征，因此为了得到更好的疏水效果，改变表面粗糙度就变得尤为重要。然而，超疏水表面的实际应用还远未实现工业化，许多问题亟待解决。一方面，简单经济、环境友好的制备方法还有待开发，此外制备的表面其稳定性和力学强度也都有待提高；另一方面，相比于众多的超疏水表面制备方案，从理论分析角度考虑，对表面微结构的化学组成、几何形貌与表面润湿性的定量研究还不够完善，从而导致无法优化表面微观结构技术参数，不能指导超疏水表面的设计。

制备超疏水表面，通过增加表面粗糙度的主要技术方法包括：添加固体颗粒、表面刻蚀、电化学沉积、电纺丝、模板复形法、层层自组装、电化学氧化等；采用涂膜、溅射或气相沉积等手段在表面构筑低表面能膜层，如氟硅烷、石蜡、聚四氟等。

发明内容

本发明的目的是提供一种仿花瓣超疏水高粘附表面的制备方法，采用氢气泡模板法结合模塑法制备PDMS超疏水弹性表面。氢气泡模板法结合模塑法制备微阵列是一种简单、方便、成本低、参数可控的方法，该方法所用模板制备成本低，机械稳定性好，可重复使用，可简单通过机械分离即可实现脱模。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种仿花瓣超疏水高粘附表面的制备方法，采用氢气泡模板法结合模塑法制备PDMS超疏水弹性表面，具体步骤如下：

(1)制备多孔金属薄膜

采用氢气泡模板法在金属片表面电镀一层多孔金属薄膜。

本步骤中，所述氢气泡模板法制备多孔金属薄膜的具体步骤如下：以铂片作阳极、不锈钢作对电极阴极，镀液组成包括0.01-0.5mol·L^-1NiCl₂和0.2-4mol·L^-1NH₄Cl，pH＝4.0±0.5，电流密度为0.1-6.0A·cm^-2，沉积时间为10-40s。

本步骤中，所述金属为Ni。

(2)多孔金属薄膜的氧化

将上述制备的多孔金属薄膜放置电加热炉内700-1000℃氧化2-10h，得到多孔金属氧化物模板。

本步骤中，所述升温速率和降温速率均为1-3℃/min。

(3)高聚物复型及脱模

将高聚物固化体系按比例混合后向其中加入占固化体系总质量5-25％的正己烷，然后倒入多孔金属氧化物模板中，并抽真空进行固化，固化后通过机械分离法除去模板，得到仿花瓣超疏水高粘附表面。

本步骤中，所述高聚物固化体系中，高聚物为聚二甲基硅氧烷(PDMS)，当PDMS为道康宁184成分A时，固化剂为道康宁184成分B，聚二甲基硅氧烷与固化剂的质量比8-12∶1，优选10∶1。

本步骤中，所述高聚物除了PDMS之外，也可以是其他的聚合物，比如聚苯乙烯、聚氨酯或聚四氟乙烯。

本步骤中，所述固化温度为60-100℃，固化时间为1-12h。

本步骤中，所述仿花瓣超疏水高粘附表面面积为0.1-5cm²，阵列直径为2-15μm，高度为2-10μm。

本发明使用低能表面的聚二甲基硅氧烷为材料通过模塑法制备超疏水表面，该方法简单方便，绿色环保，无需大型仪器，实验参数可控，成本低，可用于制造一种仿花瓣微形貌表面，该微凸起结构具有超疏水性、高粘附能力、自清洁能力、良好的机械稳定性、抗酸碱腐蚀能力强，具有良好的应用前景，有望实现工业化。

附图说明

图1为典型超疏水玫瑰花和其表面的扫描电镜图像；

图2为玫瑰花表面结构低放大扫描电子显微镜图像；

图3为单个凸起的高分辨率扫描电镜图像；

图4为氢气泡模板法制备多孔金属过程示意图；

图5为浇筑PDMS及脱模过程示意图；

图6为具体实施方式二制备的仿花瓣超疏水高粘附表面SEM图；