一种pdms弹性体上层层自组装氢键膜皱纹演变的方法
【专利摘要】本发明公开了一种PDMS弹性体上层层自组装氢键膜皱纹演变的方法，是在PDMS弹性体上层层自组装氢键膜构成复合体系，加热后浸酸实现皱纹演变的方法。PDMS价格低廉，具有良好的弹性、透光性，在较宽的温度范围内能够保持较好的柔韧性和弹性。而层层自组装技术在很早前就被广泛研究，有很多的优点，实验方法简便，膜均一性和稳定性好。氢键膜的模量随环境湿度和温度的改变而产生很大的变化。本发明的方法在平面的PDMS上通过表面改性，利用自组装方法构筑多层薄膜，系统考察了该软/硬复合体被酸溶剂溶胀时薄膜表面皱纹变化及高级微图案的形成。本发明皱纹演变过程中出现的六方点状皱纹，在微球转移，晶体生长方面有很多应用。
【专利说明】一种PDMS弹性体上层层自组装氢键膜皱纹演变的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及氢键膜的层层自组装技术，具体涉及PDMS弹性体作为基底与氢键膜构成软硬复合体系及皱纹演变研究。
【背景技术】
[0002]随着信息化的发展，起皱作为一种制备微图案的技术，具有简单、快速、廉价的特点，因此制备大面积的，复杂的皱纹图案是当前国际上的研究热点。皱纹图案化有许多广泛的应用，如传感器和催化剂的载体、微电子器件中的低介电常数材料、药物传输和缓释材料等。在近几年材料科学的研究领域中，利用聚合物材料可控合成微纳米尺度的图形结构是其中之一。就复合材料而言，典型的研究模型集中在软弹性体厚基底(如聚二甲基硅氧烷(PDMS))和其表面沉积的硬薄膜层二者构成的软硬复合体。其中，硬质薄膜层可以通过表面改性，化学沉积与层层自组装等方法制备。层层自组装是上世纪90年代快速发展起来的一种简易、多功能的表面修饰方法。LBL最初利用带电基板在带相反电荷中的交替沉积制备聚电解质自组装多层膜。氢键层层自组装得到的氢键膜交联前后性质有很大的差异，对溶剂PH值具有响应性，并且保留层层自组装的优点，实验方法简便，膜均一性和稳定性好。
【发明内容】
[0003]针对上述现有技术，本发明提供一种PDMS弹性体上层层自组装氢键膜皱纹演变的方法，本发明的方法在平面的PDMS上通过表面改性，利用自组装方法构筑多层薄膜，系统考察了该软/硬复合体被酸溶剂溶胀时薄膜表面皱纹变化及高级微图案的形成。
[0004]为了解决上述技术问题，本发明一种PDMS弹性体上层层自组装氢键膜皱纹演变的方法，包括以下步骤: [0005]步骤一、将PDMS预聚体与交联剂按质量比为10:1混合后，倒入培养皿中充分搅拌形成预聚合物；
[0006]步骤二、对预聚合物依次进行脱气、干燥、固化后形成PDMS弹性体；
[0007]步骤三、将上述PDMS弹性体剪切成片材后放入聚丙烯酸和聚环氧乙烷的酸溶液中，组装上不同层数的氢键膜，组装每一层氢键膜的过程均为:先将上述PDMS弹性体片材用氧等离子体处理30秒；然后将PDMS弹性体片材依次放入浓度为2mg/mL的聚丙烯酸溶液中10分钟、酸溶液中2分钟、浓度为2mg/mL的聚环氧乙烷溶液中10分钟、酸溶液中2分钟，在组装氢键膜的过程中，所有溶液的PH值均为2.5~3 ;
[0008]步骤四、将组装上不同层数的氢键膜的PDMS弹性体片材放入硅胶的真空泵中干燥，然后放在200°C下加热I小时，冷却至室温后在PDMS弹性体片材表面形成有迷宫状皱纹；
[0009]步骤五、将上述表面形成有迷宫状皱纹的PDMS弹性体片材浸入pH值为2.5~3的酸溶液中5分钟至1.5小时，PDMS弹性体片材表面的迷宫状皱纹发生演变。
[0010]进一步讲，步骤三中，在组装每一层氢键膜后，用冷风吹至膜表面无液滴，并用HCL溶液调节所有溶液的PH值。步骤五中，表面形成有迷宫状皱纹的PDMS弹性体片材浸入酸溶液后，PDMS弹性体片材表面的氢键膜溶胀。
[0011]与现有技术相比，本发明的有益效果是:
[0012]本发明的方法具有良好的重复性，可实现皱纹不同形貌的演变。皱纹演变过程中出现的六方点状皱纹，在微球转移，晶体生长方面有很多应用。
【专利附图】
【附图说明】
[0013]图1为对比例得到的选区皱纹结构的光学显微镜图片；
[0014]图2为本发明实施例1得到的选区皱纹结构的光学显微镜图片；
[0015]图3为本发明实施例2得到的选区皱纹结构的光学显微镜图片；
[0016]图4为本发明实施例3得到的选区皱纹结构的光学显微镜图片。
【具体实施方式】
[0017]下面结合【具体实施方式】对本发明作进一步详细地描述。
[0018]对比例:
[0019]一种在PDMS弹性体上层层自组装6层氢键膜起皱的方法，包括以下步骤: [0020]1.将PDMS预聚体与交联剂按质量比10:1混合，倒入器皿中用玻璃棒充分搅拌形成预聚合物；
[0021]2.混合好的预聚合物中有小气泡，需通过循环水式多用真空泵脱气，本实施例中脱气时间设定为2小时；脱气完成后，将其放入恒温鼓风干燥箱，然后在70°C下固化，固化4小时后形成PDMS弹性体；
[0022]3.将上述PDMS弹性体剪切成IcmX Icm的片材，放入聚丙烯酸PAA和聚环氧乙烷PEO的酸溶液中，在其表面组装上多层氢键膜；
[0023]4.每一循环的过程为:先将上述PDMS弹性体片材用氧等离子体处理30秒；然后依次放入浓度2mg/mL的PAA溶液、酸溶液、2mg/mL的PEO溶液和酸溶液中，在上述溶液中的时间依次为10分钟、2分钟、10分钟和2分钟，上述过程中各溶液的pH值用HCL溶液调节在2.5左右。为了使膜均一紧致，组装一个周期结束后，用吹风机冷风吹至膜表面无液滴；
[0024]5.按照上述步骤4的过程如此循环12次，在PDMS弹性体表面组装上12层氢键膜；将组装上12层氢键膜的PDMS弹性体片材放入硅胶的真空泵中干燥12小时，然后在200°C下加热I小时，冷却至室温后在PDMS弹性体片材表面形成有迷宫状皱纹。该表面迷宫状皱纹光学显微镜图片如图1所示。
[0025]实施例1:
[0026]一种PDMS弹性体上层层自组装氢键膜皱纹演变的方法，其中步骤I至4与对比例中的一样，接着按照上述步骤4的过程如此循环12次，然后上述表面形成有迷宫状皱纹的PDMS弹性体片材浸入到pH值为2.5左右的HCL溶液中，在光镜下原位观察，PDMS弹性体片材表面的氢键膜溶胀，浸酸5分钟后，迷宫状皱纹发生演变，其形貌见图2。
[0027]实施例2:
[0028]一种PDMS弹性体上层层自组装氢键膜皱纹演变的方法，其中步骤I至4与对比例中的一样，接着按照上述步骤4的过程如此循环12次，然后上述表面形成有迷宫状皱纹的PDMS弹性体片材浸入到pH值为2.5左右的HCL溶液中，在光镜下原位观察，PDMS弹性体片材表面的氢键膜溶胀，浸酸40分钟后，迷宫状皱纹发生演变，出现六方点状皱纹，其形貌见图3。
[0029]实施例3:
[0030]一种PDMS弹性体上层层自组装氢键膜皱纹演变的方法，其中步骤I至4与对比例中的一样，接着按照上述步骤4的过程如此循环12次，然后上述表面形成有迷宫状皱纹的PDMS弹性体片材浸入到pH值为2.5左右的HCL溶液中，在光镜下原位观察，PDMS弹性体片材表面的氢键膜溶胀，浸酸I个小时后，迷宫状皱纹发生演变，点状逐渐融合，其形貌见图4。
[0031]综上，本发明在PDMS基底上组装聚丙烯酸(简称PAA)和聚环氧乙烷(简称ΡΕ0)构成的氢键膜，组装结束后在200°C下加热I个小时，冷却后出现迷宫状皱纹，浸酸后皱纹会发生一些列演变，由迷宫状演变到六方的点状然后点状融合成垂直的分段状皱纹。通过“加热-浸酸”实现皱纹的演变，调控PDMS弹性体表面微形貌，得到高级结构。皱纹在演变过程中得到的六方排布的点状皱纹，在微球组装，晶体生长方面有一定的潜在应用价值。
[0032]尽管上面 结合图对本发明进行了描述，但是本发明并不局限于上述的【具体实施方式】，上述的【具体实施方式】仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨的情况下，还可以作出很多变形，这些均属于本发明的保护之内。
【权利要求】
1.一种PDMS弹性体上层层自组装氢键膜皱纹演变的方法，包括以下步骤: 步骤一、将PDMS预聚体与交联剂按质量比为10:1混合后，倒入培养皿中充分搅拌形成预聚合物； 步骤二、对预聚合物依次进行脱气、干燥、固化后形成PDMS弹性体； 步骤三、将上述PDMS弹性体剪切成片材后放入聚丙烯酸和聚环氧乙烷的酸溶液中，组装上不同层数的氢键膜，组装每一层氢键膜的过程均为:先将上述PDMS弹性体片材用氧等离子体处理30秒；然后将PDMS弹性体片材依次放入浓度为2mg/mL的聚丙烯酸溶液中10分钟、酸溶液中2分钟、浓度为2mg/mL的聚环氧乙烷溶液中10分钟、酸溶液中2分钟，在组装氢键膜的过程中，所有溶液的PH值均为2.5~3 ; 步骤四、将组装上不同层数的氢键膜的PDMS弹性体片材放入硅胶的真空泵中干燥，然后放在200°C下加热I小时，冷却至室温后在PDMS弹性体片材表面形成有迷宫状皱纹； 步骤五、将上述表面形成有迷宫状皱纹的PDMS弹性体片材浸入pH值为2.5~3的酸溶液中5分钟至1.5小时，PDMS弹性体片材表面的迷宫状皱纹发生演变。
2.根据权利要求1所述PDMS弹性体上层层自组装氢键膜皱纹演变的方法，其中，步骤三中，在组装每一层氢键膜后，用冷风吹至膜表面无液滴。
3.根据权利要求1所述PDMS弹性体上层层自组装氢键膜皱纹演变的方法，其中，步骤三中，用HCL溶液调节所有 溶液的pH值。
4.根据权利要求1所述PDMS弹性体上层层自组装氢键膜皱纹演变的方法，其中，步骤五中，表面形成有迷宫状皱纹的PDMS弹性体片材浸入酸溶液后，PDMS弹性体片材表面的氢键膜溶胀。
【文档编号】C08L83/04GK103467764SQ201310282025
【公开日】2013年12月25日 申请日期:2013年7月5日 优先权日:2013年7月5日
【发明者】鲁从华, 李巧园 申请人:天津大学