[发明专利]一种磁力控制的表面可变薄膜及其制作方法

说明书

本发明公开了一种磁力控制的表面可变薄膜，包括电磁铁控制层，玻璃支撑基底层，可变微型柱子阵列，聚苯乙烯纳米颗粒涂层和润滑油涂层；所述可变微型柱子阵列位于所述玻璃支撑基底层的上方，包括二维有序地均匀分布和等距排列的三角锥型的微型柱子，由电磁铁控制其站立或者卧倒，从而达到控制表面特性的功能；制作所述表面可变薄膜的步骤包括可变微型柱子阵列的制备，聚苯乙烯纳米颗粒涂层的制备以及润滑油涂层的制备。

技术领域

本发明涉及一种磁力控制的表面可变薄膜及其制作方法，具体的说是一种通过磁力来控制表面在超疏水性和超光滑性两种特性之间随意快速转变的表面可变薄膜以及制作这种薄膜的方法。

背景技术

一个表面可以通过结构设计和表面处理或者是镀上特殊涂层从而可以得到高疏水性，高亲水性，高粗糙度，高光滑性等等表面特性的改进。然而目前技术上可以实现的是对表面的一种静态的特性改进，也就是一个表面在设计制作出来之后，其表面特性就已经是固定的了，无法做出反复的动态的调整。为了适应更多应用条件和范围，需要一个表面可以控制的随时改变其表面特性，以应付不同的应用情景。

发明内容

本发明的目的是制备一种可以通过控制磁力而控制表面形貌，从而控制表面特性的表面可变薄膜。

这种表面可变薄膜包括了从下到上排列的电磁铁控制层，玻璃支撑基底层，可变微型柱子阵列，聚苯乙烯纳米颗粒涂层和润滑油涂层。所述电磁铁控制层位于所述表面可变薄膜的底面，可以通过控制其是否通电二控制其是否具有磁性。所述玻璃支撑基底层位于所述电磁铁控制层上方，其厚度为1毫米。所述可变微型柱子阵列位于所述玻璃支撑基底层的上方，包括了二维有序地均匀分布和等距排列的三角锥型的微型柱子，这些微型柱子的高度为500微米，与所述玻璃支撑基底层接触处的最大直径为15微米，而相邻微型柱子之间的距离为30微米。所述聚苯乙烯纳米颗粒涂层包覆于所述玻璃支撑基底层及所述可变微型柱子阵列中所有微型柱子的表面，而所述润滑油涂层则包覆于所述聚苯乙烯纳米颗粒涂层表面。当电磁铁通电的时候，所述微型柱子呈竖直站立状，此时表面表现出来的是一种超疏水性。当表面接触水时，水滴只能接触到表面微型柱子上端的尖端部分，而微型柱子之间的空气形成阻隔气泡，阻止水滴进一步接触微型柱子中端或者下端。同时由于微型柱子阵列本身具有弹性，具有一定动能的水滴将会被表面反弹回去。在这种情况下，薄膜的表面表现出来的是防水的超疏水性。当电磁铁不通电的是，所述微型柱子呈卧倒倾覆状，此时表面表现出来的是一种超光滑性。当物体包括液体，固体在接触所述表面时，其接触到的是微型柱子的侧面，并与所述润滑油涂层直接接触，相互之间没有气泡相隔离。在这种情况下，物体很难稳定地停留在表面上，只要表面倾斜，物体就很容易滑走。所述表面这种可控性的可变特性，使其可以适应更多的应用环境。

制备上述表面可变薄膜，首先将包含了重量比为5%的固化剂的聚二甲基硅氧烷（PDMS）预聚物和羰基铁微球按照重量比1:3均匀混合，其中羰基铁微球的直径为5微米，然后均匀涂抹在玻璃支撑基底上，静置在一个面积是玻璃支撑基底面积2倍的磁铁上面，使PDMS预聚物和羰基铁微球的混合物在磁场的影响 下在玻璃支撑基底上形成均匀等距赔了的微型柱子，在室温下继续静置1天，使交联反应完成，得到可变微型柱子阵列。然后用氧气等离子处理，得到亲水性表面，然后滴加重量浓度为2.5%的聚苯乙烯纳米颗粒的悬浮液，使其完全浸润整个表面，静置15分钟，水蒸发后，聚苯乙烯纳米颗粒自组装在可变微型柱子及玻璃基底表面形成一层聚苯乙烯纳米颗粒涂层。接着放入真空腔中，用三乙氧基-1H,1H,2H,2H-十三氟-N-辛基硅烷对表面进行硅烷化处理，处理时间为5小时，然后将全氟化润滑油（杜邦的氟素油Krytox）用旋涂的方法旋涂在表面上,其中旋涂的旋转速度为300转每分钟，时间为2分钟，然后旋转速度增加至1000转每分钟，时间为1分钟，形成一层润滑油涂层。低速旋涂的作用是使润滑油充分浸润所有表面，高速旋涂的作用则是去除多余润滑油。最后将电磁铁固定在玻璃支撑基底层的底面，制作得到一种磁力控制的表面可变薄膜。

附图说明

图1是本发明所述磁力控制的表面可变薄膜的结构示意图。