[发明专利]一种高分子材料表面褶皱结构的构筑方法

说明书

一种高分子材料表面褶皱结构的构筑方法，本发明涉及一种高分子材料表面褶皱结构的构筑方法。本发明的目的是为了解决现有构筑褶皱结构的方法复杂、表面层厚度较薄的问题，本发明方法为：一、基体材料的预清洁；二、用重离子、电子或质子对基体进行辐照处理；三、对辐照后的基体材料进行热处理，然后置于空气中冷却，在基体表面构筑出褶皱结构，即完成。本发明通过控制辐照能量、通量、注量、热处理温度和时间实现对褶皱波长和振幅的精确调控，表面层厚度从纳米级至毫米级可调。本发明应用于表面微、纳结构的构筑领域。

技术领域

本发明涉及一种高分子材料表面褶皱结构的构筑方法。

背景技术

材料表面可控的构筑微、纳米级褶皱，尤其是高分子材料表面微结构的仿生制备，在光学调控、智能传感器、表面增强拉曼散射、荧光增强效应、微纳机器人、表面浸润性、防雾除冰、表面防尘领域具有重要意义，是纳米科技领域的重要研究方向。

目前在高分子材料表面构筑褶皱微结构的方案主要包括：(1)在基体表面沉积表面层组成表面层/基体双层体系的褶皱构筑：在基体表面沉积金、银、石墨烯、氧化硅表面层形成双层体系，通过产生应力失配构筑褶皱结构。该方案在基体表面形成了新的表面层，并且表面层通常为硬质层，限制了对基体的功能使用；(2)在非均匀性渐变型基体上的褶皱构筑：该方案对基体要求较高，实际应用中具有很大的局限性；(3)在同质均匀性基体上的褶皱构筑：该方案能最大限度的保持基体的功能特性。目前基于同质均匀基体的表面褶皱构建手段主要有反应等离子体刻蚀(RIE)、紫外/O₃辐照、激光辐照，这些方案普遍存在制备方案复杂、表面层厚度较薄，大多微纳米、难以实现大面积制备、成本高的不足。因此开发出广泛适用于各种基体、操作简单、成本低、可实现大规模制备的表面褶皱构筑方案具有重要意义。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有构筑褶皱结构的方法复杂、表面层厚度较薄的问题，提供了一种高分子材料表面褶皱结构的构筑方法。

本发明一种高分子材料表面褶皱结构的构筑方法按以下步骤进行：

一、基体材料的预清洁：将热塑性高分子基体材料进行超声洗涤，然后用高纯氮气吹干，得到清洁后的基体材料；

二、对基体进行辐照处理：将清洁后的基体材料用重离子、电子或质子进行辐照处理，得到辐照后的基体材料；

三、辐照后的基体材料加热至玻璃转化温度T_g以上进行热处理，然后置于空气中冷却，在基体表面构筑出褶皱结构，即完成。

本发明通过重离子、电子、质子辐照使热塑性高分子基体材料表面产生交联形成表面层，在温度大于基体材料玻璃转化点以上的热处理时，基体材料与表面层由于杨氏模量的不同产生应力从而自收缩形成微纳褶皱结构。可通过控制辐照能量、通量、注量、热处理温度和时间实现对褶皱波长和振幅的精确调控，表面层厚度从纳米级至毫米级可调。该方法采用重离子、电子、质子的辐照方式构筑褶皱适用于大面积、低成本、可控的微纳褶皱结构的构筑，解决了采用反应等离子体刻蚀(RIE)、紫外/O₃辐照、激光辐照方法复杂、成本高的问题，可应用于光学调控、智能传感器、表面增强拉曼散射、荧光增强效应、微纳机器人、表面浸润性、防雾除冰、表面防尘领域。

附图说明

图1为实施例1中氩离子辐照在聚苯乙烯基体上构筑褶皱结构的SEM图；

图2为实施例2中质子辐照在聚苯乙烯基体上构筑褶皱结构的SEM图。

具体实施方式

具体实施方式一：本实施方式一种高分子材料表面褶皱结构的构筑方法按以下步骤进行：

一、基体材料的预清洁：将热塑性高分子基体材料进行超声洗涤，然后用高纯氮气吹干，得到清洁后的基体材料；

二、对基体进行辐照处理：将清洁后的基体材料用重离子、电子或质子进行辐照处理，得到辐照后的基体材料；