[发明专利]一种具有定向运输功能的超疏水表面的制备方法

说明书

本发明公开了一种具有定向运输功能的超疏水表面的制备方法，包括以下步骤：第一步，旋涂第一层紫外光刻正胶，进行第一次紫外光刻；第二步，旋涂第二层紫外光刻负胶，倾斜基底进行第二次紫外光刻；第三步，浸涂低表面能纳米颗粒；第四步，真空蒸镀亲水金属薄膜，生成所需定向运输轨道，得到具有定向运输功能的超疏水表面。本发明通过两次紫外光刻，一方面增大了微结构的比表面积，使得浸涂低表面能纳米颗粒后粗糙度足够，另一方面在进行第二次光刻时，有意倾斜基板进行曝光，得到具有一定倾斜角度的单向倾斜的结构，从而相当于预先给定了一个滚动方向。该预先给定的滚动方向结合后期蒸镀得到的亲水运输轨道，较好地实现了液滴的定向运输。

技术领域

本发明涉及超疏水表面加工处理领域，具体地说是涉及一种具有定向运输功能的超疏水表面的制备方法。

背景技术

超疏水表面是一种受“荷叶效应”启发所制备的仿生功能性表面，通常其水滴接触角大于150°，滚动角小于10°。荷叶表面的微米乳突状结构上还存在着纳米结构，这种微纳复合结构对超疏水性有重要的影响，正是由于这种微纳复合结构的存在，水滴在荷叶表面能够自如滚落，从而使荷叶具备良好的自清洁性能。

水滴定向运输指的是水滴在超疏水表面沿着设计的轨道滚动，在液滴分流领域具有极大的潜在价值。现有技术采用小刀刮擦的方式在超疏水表面设置一条亲水的轨道来实现水滴的定向运输，然而这种方法可控性低，通用性较差。

现有的采用化学刻蚀法制备仿生微纳复合结构超疏水表面的方法，制备出的超疏水表面微纳复合结构形式单一，无法形成可自由调控的、具有一定倾斜角度的微结构；并且液滴在表面的滚动性欠佳。

具体地，现有技术通过化学刻蚀法制备出超疏水表面，然后对超疏水表面用小刀刮擦出一定的轨道来实现液滴的定向运输。制备步骤如下：(1)采用化学刻蚀法在基底上构建粗糙的微纳复合结构；(2)利用低表面能物质对基底进行疏水化修饰，从而制备出超疏水表面；(3)根据实际需要对超疏水表面用小刀刮擦出所需定向运输的轨道来实现液滴的定向运输。

现有技术存在以下缺点：

一、采用化学刻蚀法在基底上构建粗糙的微纳复合结构，这种结构只能在基底上垂直生成，无法形成具有一定倾斜角度的单向倾斜的结构，并且生成的微结构形貌也无法进行调控。

二、采用化学刻蚀法在基底上构建的微纳复合结构，生成的微米级结构与纳米级结构不可调控，因此两种结构不能有效配合，尽管表面呈现出了超疏水性，但液滴在表面的滚动性不佳。

三、对超疏水表面根据实际需要用小刀刮擦出一定的轨道来实现液滴的定向运输，但由于刮擦的力度不可控，会导致刮擦的轨道与所需定向运输的轨道产生出入，无法有效实现液滴的定向运输，可控性较差。

发明内容

基于上述技术问题，本发明提供一种具有定向运输功能的超疏水表面的制备方法，该方法在硅基底上旋涂两次紫外光刻胶，将常规紫外光刻(垂直光刻)与倾斜基底紫外光刻相结合构建微米级结构，再浸涂低表面能纳米颗粒悬浮液构建具有微纳复合结构的超疏水表面，最后采用蒸镀法在具有倾斜结构的超疏水表面预先设计的沿结构倾斜方向的轨道上蒸镀一层亲水的金属薄膜来实现液滴的定向运输。

本发明所采用的技术解决方案是：

一种具有定向运输功能的超疏水表面的制备方法，包括以下步骤：

第一步，旋涂第一层紫外光刻正胶，进行第一次紫外光刻

(1)根据需要，预先设计出将要光刻的图案；

(2)取一硅基底，依次用丙酮、乙醇、去离子水超声清洗，并用氮气吹干；

(3)将洁净的硅基底放在匀胶机上，使用微量移液器在硅基底上滴入适量紫外光刻正胶，设定好匀胶机的转速和时间，进行匀胶；