具有形状记忆功能的超疏水表面及其加工方法、使用方法与流程

本发明涉及形状记忆聚合物领域，具体是一种具有形状记忆功能的超疏水表面及其加工方法、使用方法。

背景技术

在过去的十几年中，具有可逆切换润湿性的智能表面因其在工业和科学中的广泛应用而引起了科学界极大的兴趣，比如基于微滴的微流体、“无损”液体传输、油水分离和生物技术等。这种可逆转换一般是通过外界刺激来实现的，比如光照、温度、ph和磁场等。最近，江雷团队结合光刻和转印的方法，制备了温度响应的超疏水表面，可以实现水滴的各项同性/各向异性的转换。但是，样品制作过程比较复杂。所以，本发明受到环氧树脂具有形状记忆功能的启发，将硅胶模板与飞秒激光相结合，一步加工出微孔结构，省去了复杂的光刻过程，再用环氧树脂转印出具有微柱结构的超疏水表面。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种具有形状记忆功能的超疏水表面及其加工方法、使用方法，以达到表面粘附力可调谐的目的。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案为：

具有形状记忆功能的超疏水表面，其特征在于：包括环氧树脂薄层，环氧树脂薄层的表面上有环氧树脂微柱阵列，环氧树脂微柱阵列与环氧树脂薄层为一体式结构。

所述的具有形状记忆功能的超疏水表面，其特征在于：所述环氧树脂薄层和环氧树脂微柱阵列的环氧树脂材质是由环氧树脂预聚物(a)和环氧树脂固化剂(b)按质量比3:1配制而成。

所述的具有形状记忆功能的超疏水表面，其特征在于：所述环氧树脂薄层的厚度为1-3mm，环氧树脂微柱阵列的微柱底部直径为60μm，高度为200μm。

一种具有形状记忆功能的超疏水表面的加工方法，其特征在于：包括以下步骤：

(1)、清洗硅胶模板表面，以去除表面杂质得到干净的硅胶基材；

(2)、采用飞秒激光器对步骤(1)清洗后的硅胶基材表面进行钻孔加工，使硅胶基材表面形成微孔阵列，然后超声清洗，最后氟化处理；

(3)、将配制好的环氧树脂溶液倒在步骤(2)处理后的硅胶基材上，抽真空使环氧树脂溶液完全进入到微孔内部；

(4)、将步骤(3)的样品放在室温下固化12-24小时，然后将环氧树脂薄层揭下来，环氧树脂薄层下表面会转印出微柱阵列结构，即得到具有形状记忆功能的超疏水表面。

所述的具有形状记忆功能的超疏水表面的加工方法，其特征在于：步骤(1)中，首先将硅胶模板表面利用浓度≥99.7％的酒精溶液超声清洗10min，去除表面的杂质，得到干净的硅胶基材。

所述的具有形状记忆功能的超疏水表面的加工方法，其特征在于：步骤(2)中，飞秒激光器中心波长为800nm，脉宽为104fs，重复频率为1khz，飞秒激光器的加工参数为：钻孔持续时间为80-100ms，激光功率为200mw；硅胶基材超声清洗10min；氟化采用滴涂的方式，即将氟硅烷溶液均匀的滴在表面即可，然后抽真空10min，确保氟硅烷溶液完全进入到微孔内部。

一种具有形状记忆功能的超疏水表面的使用方法，其特征在于：将具有微柱阵列结构的环氧树脂薄层在加热的情况下施加一定的压力，待冷却到室温，去除压力，微柱阵列会保持倒塌的状态，此时的表面粘附力较大；然后再对倒塌的微阵列进行加热处理，又可恢复到直立状态，此时的粘附力较小。

本发明的原理是：

本发明主要利用转印的环氧树脂微柱对温度有响应的特点实现液滴粘附力的可调谐。原始的环氧树脂薄层表面(光滑)具有亲水特性，经过转印之后，表面的微柱结构会把水滴支撑起来，在水滴和微柱之间会形成气腔，从而实现表面的超疏水特性。当温度高于环氧树脂的玻璃化转换温度时，对微柱施加一个压力，待恢复到室温时，撤掉压力，此时，微柱就保持住了压倒的状态。微柱压倒时，表面粘附力较大，液滴的滚动角也很大。当再次加热到温度大于环氧树脂的玻璃化转换温度时，压倒的微柱就会直立起来，这时表面的粘附力比较小，液滴比较容易滚落。

本发明的优点是：

本发明在基于环境友好的基础上，采用飞秒激光直接在硅胶模板上钻孔处理，快速方便，所需过程简化。

本发明首先用乙醇溶液对硅胶基材表面杂质进行清洗，再利用飞秒激光在硅胶基材表面进行钻孔加工，然后利用环氧树脂进行转印，最终得到超疏水的微柱表面。当微柱处于直立状态时，表面对水滴的粘附力很小；当微柱处于倒塌状态时，表面对水滴的粘附力很大。微柱的直立状态和倒塌状态可以通过温度来控制，故而可以实现表面粘附力的调谐。

附图说明

图1为本发明中60°方向的微柱结构扫描电镜图。其中，(a)～(d)的放大倍数分别为50x，100x，200x，1500x；比例尺分别为100μm,100μm,20μm,10μm。

图2为本发明中直立微柱压倒的电镜图,比例尺为100μm。

图3为本发明中直立微柱超疏水的图。

图4为本发明中倒塌微柱疏水的图。

图5为本发明中直立微柱水滴的滚动角。

图6为本发明中倒塌微柱水滴的滚动角。

具体实施方式

如图1所示，具有形状记忆功能的超疏水表面，包括环氧树脂薄层，环氧树脂薄层的厚度为3mm)，环氧树脂薄层的表面上有环氧树脂微柱阵列，微柱底部直径为60μm，高度为200μm)，环氧树脂微柱阵列与环氧树脂薄层为一体式结构。

环氧树脂薄层和环氧树脂微柱阵列的环氧树脂材质是由环氧树脂预聚物(a)和环氧树脂固化剂(b)按质量比3:1配制而成。

具有形状记忆功能的超疏水表面的加工方法，包括以下步骤：

(1)、清洗硅胶模板表面，以去除表面杂质得到干净的硅胶基材；

(2)、采用飞秒激光器对步骤(1)清洗后的硅胶基材表面进行钻孔加工，使硅胶基材表面形成微孔阵列，然后超声清洗，最后氟化处理；

(3)、将配制好的环氧树脂溶液倒在步骤(2)处理后的硅胶基材上，抽真空使环氧树脂溶液完全进入到微孔内部；

(4)、将步骤(3)的样品放在室温下固化24小时，然后将环氧树脂薄层揭下来，环氧树脂薄层下表面会转印出微柱阵列结构，即得到具有形状记忆功能的超疏水表面。

步骤(1)中，首先将硅胶模板表面利用酒精溶液(浓度≥99.7％)超声清洗10min，去除表面的杂质，得到干净的硅胶基材。

步骤(2)中，飞秒激光器中心波长为800nm，脉宽为104fs，重复频率为1khz，飞秒激光器的加工参数为：钻孔持续时间为100ms，激光功率为200mw；基材超声清洗10min；氟化采用滴涂的方式，即将氟硅烷溶液均匀的滴在表面即可，然后抽真空10min，确保氟硅烷溶液完全进入到微孔内部。

具有形状记忆功能的超疏水表面的使用方法，其特征在于：将具有微柱阵列结构的环氧树脂薄层在加热(温度约为50℃)的情况下施加一定的压力(～5mpa)，待冷却到室温，去除压力，微柱阵列会保持倒塌的状态，(如图2所示)，此时的表面粘附力较大；然后再对倒塌的微阵列进行加热处理，又可恢复到直立状态，此时的粘附力较小。

将本发明加工得到的环氧树脂微柱阵列结构放在接触角测量仪的平台上，测量水滴的接触角。经测量，转印之后，直立微柱表面对水滴的接触角大约为155°(如图3所示)，表现出超疏水的效果；同时，水滴的滚动角大约为38o(如图5所示)。当柱子倒塌之后，对水滴的接触角为134°(如图4所示)，同时，样品翻转180o的时候，液滴也不会滚落(如图6所示)，说明此时的粘附力更大。可见，采用本发明方法加工后得到的微柱结构可以得到粘附力调谐的目的。