一种基于热压印的超疏水材料的制备方法
【技术领域】
[0001 ]本发明涉及超疏水材料的制备，特别是一种基于热压印的超疏水材料的制备方法。
【背景技术】
[0002]近年来，超疏水材料的研究引起了人们广泛的关注。通常我们将材料表面与水滴接触角小于90°的称为亲水表面，大于90°的为疏水表面;特别地，接触角大于150°的表面称为超疏水表面。超疏水表面具有广泛的应用，比如自清洁，防附着，微流体的减阻效应，参JAL:Park H,Sun G,and Kim C J.Superhydrophobic turbulent drag reduct1n as afunct1n of surface grating parameters[J].Journal of Fluid Mechanics 05/2014；747:722-734等。经研究发现，自然界中有许多动物和植物具有超疏水表面，例如人厌槐叶萍效应，参见:Barthlott Wj Schimmel T ,ffiersch S，et al.The salvinia paradox:superhydrophobic surfaces with hydrophilic pins for air retent1n underwater.[J].Advanced Materials，2010，22(21): 2325-2328，常见的荷叶效应，参见:ChengY T,Rodak D E,Wong C A，et al.Effects of micro_02and nano-structures on theself-cleaning behav1ur of lotus leaves[J].Nanotechnology,2006,17(5):1359-1362.和玫瑰花瓣效应，参见:Yeh K YjCho K HjYeh Y HjPromraksa AjHuang C HjHsu CC and Chen L J，Observat1n of the rose petal effect over single-and dual-scale roughness surfaces [J].Nanotechnology, 2014(25) ,345303。通过观察发现，上述所有这些动植物的超疏水表面均具有一层微纳米复合结构或纳米结构。当水滴滴落在这些动植物的表面时，会在微纳米复合结构或者纳米结构之间的空隙形成弯月面的保护气体层，形成Wenzel或Cassie两种固液气之间的接触状态，因此增大了水滴和超疏水表面的接触角。由于此种超疏水材料在现实生活中具有广泛的应用前景，研究人员采用各种方法对这种超疏水性能进行仿生制造。
[0003]通常超疏水表面常用的制备方法有旋涂法，参见:Erbil H YjDemirel A LjAvciY，et al.Transformat1n of a simple plastic into a superhydrophobic surface.[J].Science，2003，299(5611): 1377-1380、气相沉积法、激光/离子束/化学刻蚀，参见:DuK,Wathuthanthri I,Liu Y YjKang Y T and Choi C HjFabricat1n of polymernanowires via maskless 02plasma etching[J].Nanotechnology 2014(25)，165301、光刻法、化学腐蚀法、光电化学刻蚀，参见:Sun GjZhao XjKim C J.Fabricat1n of Very-High-Aspect-Rat1 Microstructures in Complex Patterns by PhotoelectrochemicalEtching[J].Journal of Microelectromechanical Systems，2012，21(6):1504-1512、沉积法、电锻法，参见:Sun GjHur JjZhao Xj et al.High yield dense array of very-high—aspect—rat1 micro metal posts by photo-electrochemical etching ofsilicon and electroplating with vacuum degassing[C]//Proceedings of the IEEEInternat1nal Conference on Micro Electro Mechanical Systems(MEMS).2010:340-343等。而目前这些方法普遍存在的问题是:加工工艺复杂，成本较高，不具有大规模市场应用的前景，另外部分超疏水表面的超疏水性能无法长时间持久，气体层不稳定，随着时间的增加，接触角减小等。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是针对上述存在问题，提供一种基于热压印的超疏水材料的制备方法，该方法以多孔阳极氧化铝(AAO)为模板，以聚合物热塑性材料为热压印基底，进行超疏水材料的制备，制备方法简单、易于实施，所需实验设备和聚合物材料价格低廉，并且制备的超疏水表面疏水性能持久，具有广阔的市场应用前景。
[0005]本发明技术方案:
[0006]—种基于热压印的超疏水材料的制备方法，步骤如下:
[0007]I)采用现有技术制备多孔阳极氧化铝模板；
[0008]2)在上述多孔阳极氧化铝模板的表面采用旋涂法、喷涂法、浸润法、蒸发法或溅射法制备疏水涂层，以使AAO模板表面的纳米结构的内壁光滑，便于热压印工艺后聚合物材料的脱模，疏水涂层材料为本征静态接触角大于90度的任意疏水材料，得到表面带有疏水涂层的AAO模板；
[0009]3)以上述表面带有疏水涂层的AAO为模板，以聚合物热塑性材料为基底进行热压印工艺，压印温度为200-350°C，压印时间为2-8min，在聚合物压印材料表面加一隔板，手动通过晶圆镊子施加压力于隔板上，热压印完成后，把聚合物材料连同AAO模板迅速放至不锈钢冷台上，经过5min以上的充分降温过程，待温度稳定后，脱模后制得超疏水材料。
[0010]本发明的技术分析:
[0011]该制备方法采用热压印工艺，以多孔阳极氧化铝(AAO)为模板、以高分子热塑性聚合物为压印材料制备表面具有纳米结构的超疏水材料。这些纳米结构均具有超过10:1的深宽比，通过接触角测量仪测得本发明制备的超疏水材料的接触角大于150°，表明其具有优良的疏水性。利用该方法制到的超疏水材料，气体层稳定，超疏水性能持久，并且容易加工实现，具有很好的市场应用前景。该制备方法考虑到高深宽比纳米结构脱模工艺的复杂度，特别在热压印工艺前对AAO模板进行疏水层涂覆预处理，以便于脱模，并且根据AAO模板尺寸的不同，可以制得不同高深宽比的纳米结构。这些特点使得AAO被广泛用作纳米压印模板，通过高分子材料热压印可以加工几纳米至几百纳米的阵列结构。
[0012]本发明的优点和有益效果是:
[0013]与其他制备超疏水材料的方法相比，本方法的制备工艺过程简单、易于实施、经济效益高，通过热压印之前对AAO模板的疏水层预处理，增加了脱模工艺的易操作性和成功率，且制得的超疏水材料由于表面具有大量的高深宽比的纳米结构，所以气体层稳定、疏水性能良好、能长久保持疏水性，因此本发明在自清洁和微流体水下减阻等领域都有着重要的实用价值和良好的应用前景。