一种在pdms弹性体上层层自组装氢键膜起皱的方法
【专利摘要】本发明公开了一种在PDMS弹性体上层层自组装氢键膜起皱的方法，是以聚二甲基硅氧烷（简称PDMS）作为基底与层层自组装得到的氢键膜构成复合体系，干燥后氢键膜模量较低没有皱纹形成，加热后其模量增加，冷却后起皱的现象。PDMS价格低廉，具有良好好的弹性、透光性，在较宽的温度范围内能够保持其自然的柔韧性和弹性，无毒、易加工。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。组装的层数与皱纹的周期成线性关系。本方法将层层自组装技术与起皱现象结合起来，保留了层层自组装的优点。
【专利说明】一种在PDMS弹性体上层层自组装氢键膜起皱的方法
【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起皱研究。
【背景技术】
[0002]以PDMS为基底及其表面上构筑的超薄膜形成的该软/硬复合体系为对象，研究该体系受外界刺激作用时，软硬界面处应力的产生及其松弛形成的表面皱纹微结构的可控制备成为近几年科研工作的热点之一。膜的层层自组装方法简单易行，且操作简单，得到的膜的稳定性比较高，图像化、机械性能及应用研究工艺非常成熟。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，实验方法简便。用PDMS作基底，将氢键膜组装到PDMS上，在一定的温度下加热一定时间，氢键膜高度交联模量增加，冷却后形成迷宫皱纹。随着层数的增加，褶皱波长随着增加，因此在同一视野下，看到的条纹数目变少。另外，这些新颖的松弛性结构已作为结构化模板在调控细胞和其他材料的选择性吸附和生长、在润湿性、微流芯片和电子器件等方面取得了广泛应用。
【发明内容】
[0003]针对上述现有技术，本发明提供一种在PDMS弹性体上层层自组装氢键膜起皱的方法。是以聚二甲基硅氧烷(简称PDMS)作为基底与层层自组装得到的氢键膜构成复合体系，干燥后氢键膜模量较低没有皱纹形成，加热后其模量增加，冷却后起皱的现象。聚二甲基硅氧烷(PDMS)价格低廉，具有良好好的弹性、透光性，在较宽的温度范围内能够保持其自然的柔韧性和弹性，无毒、易加工。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。本发明以聚二甲基硅氧烷(PDMS)为基底，利用层层自组装法制备了高分子的硬薄膜层，获得了相应的软硬体系；在弹性体表面的皱纹化处理方面，通过加热等处理诱导软硬界面处应力的产生，当应力达到临界值时，体系以皱纹或裂纹的形式释放应力，成功制得聚二甲基硅氧烷表面产生迷宫状褶皱图案。通过改变硬薄膜层的厚度，发现皱纹的周期性与层厚有线性关系，从而实现褶皱的可控制备。在软基底上覆盖一层膜起皱的思想也在很早前就被提出来。
[0004]为了解决上述技术问题，本发明一种在PDMS弹性体上层层自组装氢键膜起皱的方法，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，倒入培养皿中用玻璃棒充分搅拌形成预聚合物；
[0006]步骤二、由于混合好的预聚合物中有小气泡，因此需通过循环水式多用真空泵进行脱气，脱气时间为2小时；脱气完成后，将预聚合物放入恒温鼓风干燥箱，并在一定温度下加热固化后形成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 ;溶液的pH值用HCL溶液调节。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。以此类推，循环多次，组装上多层氢键膜。
[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]与现有技术相比，本发明的有益效果是:
[0010]本发明的方法具有良好的重复性，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，通过改变自组装氢键膜的模量，样品表面形貌不同。本发明皱纹尺寸可以达到微米级别，在润湿性、微流器件、选择性沉积具有很大的应用价值。
【专利附图】
【附图说明】
[0011]图1为对比例得到样品表面的光学显微镜图片；
[0012]图2为本发明实施例2得到的迷宫状皱纹光学显微镜图片；
[0013]图3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；
[0014]图4为本发明实施例4得到的选区皱纹结构的光学显微镜图片；
[0015]图5为本发明实施例5得到的皱纹周期和组装层数的关系图。
【具体实施方式】
[0016]下面结合优选的具体实施例对本发明作进一步详细地描述，但本发明的实施并不限于此。
[0017]对比例:
[0018]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；
[0019]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；
[0020]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；
[0021]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；
[0022]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，此时表面没有皱纹产生。该组装12层的氢键膜组装结束干燥后表面形貌光学显微镜图片如图1所/Jn ο
[0023]实施例1:
[0024]一种在PDMS弹性体上层层自组装6层氢键膜起皱的方法，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6次，在PDMS弹性体表面组装上6层氢键膜；将组装上6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2所示。
[0025]实施例2:
[0026]一种在PDMS弹性体上层层自组装12层氢键膜起皱的方法，其中步骤I至4与实施例I中的一样，接着按照上述步骤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。12层氢键膜在200°C下加热I小时出现迷宫状皱纹光学显微镜图片如图3所示。可以看出，该迷宫状皱纹相比实施例1的迷宫状皱纹，其周期较大。
[0027]实施例3:
[0028]一种在PDMS弹性体上层层自组装18层氢键膜起皱的方法，其中步骤I至4与实施例I中的一样，接着按照上述步骤4的过程如此循环18次，在PDMS弹性体表面组装上18层氢键膜；将组装上18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。18层氢键膜在200°C下加热I小时出现迷宫状皱纹光学显微镜图片如图4所示，可以看出，该迷宫状皱纹相比实施例2的迷宫状皱纹，其周期增大。
[0029]上述实施例1、2、3是分别在PDMS弹性体上组装6、12、18层的氢键膜，加热后形成迷宫状皱纹。图5示出了皱纹周期和组装层数的关系图，可以看出随着组装层数的增加，迷宫状皱纹周期也同时增加。
[0030]综上，本发明在PDMS基底上组装聚丙烯酸和聚环氧乙烷构成的氢键膜，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。实验中可以通过调控组装的层数，调控皱纹的周期。组装的层数与皱纹的周期成线性关系。本发明方法将层层自组装技术与起皱现象结合起来，保留了层层自组装的优点，实验方法简便，膜均一性和稳定性好。
[0031]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】
1.一种在PDMS弹性体上层层自组装氢键膜起皱的方法，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。
2.根据权利要求1所述在PDMS弹性体上层层自组装氢键膜起皱的方法，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所述在PDMS弹性体上层层自组装氢键膜起皱的方法，其中，步骤三中用HCL溶液调节所有溶液的pH值。
【文档编号】B05D7/24GK103464356SQ201310282269
【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