一种磁响应性超疏水表面的简易制备方法与流程

本发明涉及一种超疏水表面的制备方法，尤其涉及一种磁响应性超疏水表面的简易制备方法。

背景技术：

近年来，最具代表性的荷叶的超疏水性能逐步进入了研究者的视野中，对于荷叶这种“出淤泥而不染”的特性人们进行了广泛的研究，已有研究表明荷叶具有这种自清洁效应的主要原因是其表面的微纳米级复合结构减少了液滴和表面的接触面积，从而阻止了液滴对表面的浸润，使得表面表现出超疏水特性。

随着仿生学的不断发展，越来越多的具备超疏水性能的材料在生产和生活中也有了广泛的应用。例如，超疏水材料可以应用在抗结冰方面，通过表面的疏水性能使表面“不沾水”，从而不结冰；在微流体领域内，可以通过材料亲疏水性能的转换，进行液滴的运输；在医用材料方面可以通过材料亲疏水性能的转换来控制细胞、血液蛋白的粘附。

传统超疏水性材料表面的制备方法一般是在不同种类材料上进行表面微结构的加工构建以及化学处理降低表面能，并且随着精密制造技术、电化学技术、光刻技术的逐渐成熟，在传统材料上进行加工微结构以形成超疏水表面的方法得到了广泛发展与应用，但这些工艺方法不仅需要考虑表面微结构的尺寸、形状等，还需要选择合适的化学处理方法降低材料的表面能，并且需要许多特定的昂贵的加工设备以及工艺，制作成本很高。

与传统工艺方法相比，目前聚合物材料与微纳米颗粒的结合表现出了新的优异性能，物理性能随磁场变化而变化的材料属于其中一类比较特殊的智能响应性材料，这种材料因其磁响应开关的便利性，鲁棒性，瞬时响应性以及远程可控性而受到越来越多的关注。磁场可控软材料包括铁磁流体、磁流变流体和磁性凝胶弹性体。铁磁流体和磁流变流体因其属于流体范畴，易流动，所以在超疏水表面亲疏水性能转换应用方面适用性较低；而磁性凝胶弹性体是一种新型的复合材料，由高弹性聚合物基体及分散在其中的微纳米级磁性颗粒组成，可以通过磁场开关快速改变物理特性，是超疏水材料表面未来技术发展的一项趋势与热点，鉴于此，特提出本发明。

技术实现要素：

针对上述现有技术中存在的制备成本高、适用性低等缺点，本发明目的在于提供一种成本低、工艺简单、适用性强且产出性能良好的磁响应性超疏水表面制备方法。

为了实现上述目的，本发明提出的一种磁响应性超疏水表面的简易制备方法，包括以下步骤：

步骤一、使用天平分别量取pdms预聚体与固化剂，按照质量比10:1混合，再使用量筒量取有机溶剂硅油，然后倒入烧杯中混合，用玻璃棒搅拌均匀；

步骤二、用天平量取颗粒直径为1-10μm的fe粉，倒入烧杯中，继续用玻璃棒剧烈搅拌5min以上，直至搅拌成均匀的黑色混合溶液，使fe颗粒在混合溶液中均匀分布；

步骤三、将玻璃片基底置于钕磁铁之上，使用喷枪将步骤二中配置的混合溶液均匀地喷涂到玻璃基底上。受磁场作用，fe颗粒在未固化的pdms混合物中自发的沿磁场进行排列，在基底上形成微米级的柱状阵列微结构；

步骤四、将步骤三中的钕磁铁及其上面的玻璃基底放入干燥箱中进行加热固化，加热温度为60℃，加热时间为12h，使得有机溶剂硅油挥发，pdms固化，形成pdms/铁颗粒复合柱状阵列微结构，最终得到磁响应性超疏水表面。

优选的，步骤一中，所述pdms预聚体的配置量为5～25g。

优选的，步骤一中，所述硅油的配置量为10～50ml。

优选的，步骤二中，所述fe颗粒的配置量为5～25g。

进一步的，本发明的磁响应性超疏水表面的简易制备方法，通过改变步骤一与步骤二中pdms预聚体、硅油、fe颗粒的配比，得到具有不同表面形貌的超疏水表面。

优选的，步骤三中，所述喷涂距离为5～15cm。

优选的，步骤三中，所述喷涂量为0.5～2.5ml。

进一步的，本发明的磁响应性超疏水表面的简易制备方法，通过改变步骤三中喷涂混合溶液的喷涂量和喷涂距离，得到具有不同表面形貌的超疏水表面。

本发明的有益效果如下：

(1)本发明的磁响应性超疏水表面不仅具有可靠的润湿性和附着力转换能力，还具有瞬时响应性和远程控制能力，且调控过程仅使用磁铁就可完成。

(2)本发明的磁响应性超疏水表面的制备方法，工艺简单，只需要简单的动手操作和低廉的器材就可以完成制备，避免使用高昂的设备、耗材及技术，极大降低了成本。

(3)本发明的磁响应性超疏水表面的制备方法，采用的制备材料均为无毒无害材料，且容易购买到，适用性高、可操作性强。

(4)本发明可以通过改变喷涂量、喷涂距离、pdms预聚体、硅油、fe颗粒中的一个或者多个变量得到具有不用形貌和性质的磁响应性超疏水表面。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1：本发明的磁响应性超疏水表面制备的工艺流程图；

图2：本发明通过磁场的开/关切换可逆切换磁响应性超疏水表面性能的原理图；

图3：本发明的磁响应性超疏水表面的顶部视图；

图4：本发明的磁响应性超疏水表面的侧视图；

图5：本发明的磁响应性超疏水表面在磁场开/关状态下的接触角(ca)图；

图6：本发明的磁响应性超疏水表面在磁场开/关状态下的滚动角(sa)图；

图7：本发明改变喷涂量参数获得的不同表面的微观形貌变化图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

下面将结合附图1-7对本发明实施例的一种磁响应性超疏水表面的简易制备方法进行详细的说明。

实施例1：

一种磁响应性超疏水表面的简易制备方法，包括以下步骤：

步骤一、使用天平分别量取pdms预聚体与固化剂，其中pdms预聚体采用sylgard184并选取5g，且pdms预聚体与固化剂按照质量比10:1混合，再使用量筒量取有机溶剂硅油，其中硅油采用道康宁os-20硅油并选取10ml，然后倒入烧杯中混合，用玻璃棒搅拌均匀。

步骤二、用天平量取颗粒直径为1-10μm的fe粉5g，倒入烧杯中，继续用玻璃棒剧烈搅拌5min以上，直至搅拌成均匀的黑色混合溶液，使fe颗粒在混合溶液中均匀分布。

步骤三、将玻璃片基底置于钕磁铁之上，使用喷枪将步骤二中配置的混合溶液均匀地喷涂到玻璃基底上。受磁场作用，fe颗粒在未固化的pdms混合物中自发的沿磁场进行排列，在基底上形成微米级的柱状阵列微结构。其中，玻璃片基底采用直径为20mm的圆形玻璃片基底，钕磁铁采用直径为20mm、高度为30mm的圆柱形钕磁铁；喷枪的喷涂距离为5cm、喷涂量为0.5ml。

步骤四、将步骤三中的钕磁铁及其上面的玻璃基底放入干燥箱中进行加热固化，加热温度为60℃，加热时间为12h，使得有机溶剂道康宁os-20硅油挥发，pdms固化，形成pdms/铁颗粒复合柱状阵列微结构，最终得到磁响应性超疏水表面。

实施例2：

一种磁响应性超疏水表面的简易制备方法，包括以下步骤：

步骤一、使用天平分别量取pdms预聚体与固化剂，其中pdms预聚体采用sylgard184并选取25g，且pdms预聚体与固化剂按照质量比10:1混合，再使用量筒量取有机溶剂硅油，其中硅油采用道康宁os-20硅油并选取50ml，然后倒入烧杯中混合，用玻璃棒搅拌均匀。

步骤二、用天平量取颗粒直径为1-10μm的fe粉25g，倒入烧杯中，继续用玻璃棒剧烈搅拌5min以上，直至搅拌成均匀的黑色混合溶液，使fe颗粒在混合溶液中均匀分布。

步骤三、将玻璃片基底置于钕磁铁之上，使用喷枪将步骤二中配置的混合溶液均匀地喷涂到玻璃基底上。受磁场作用，fe颗粒在未固化的pdms混合物中自发的沿磁场进行排列，在基底上形成微米级的柱状阵列微结构。其中，玻璃片基底采用直径为20mm的圆形玻璃片基底，钕磁铁采用直径为20mm、高度为30mm的圆柱形钕磁铁；喷枪的喷涂距离为15cm、喷涂量为2.5ml。

步骤四、将步骤三中的钕磁铁及其上面的玻璃基底放入干燥箱中进行加热固化，加热温度为60℃，加热时间为12h，使得有机溶剂道康宁os-20硅油挥发，pdms固化，形成pdms/铁颗粒复合柱状阵列微结构，最终得到磁响应性超疏水表面。

实施例3：

一种磁响应性超疏水表面的简易制备方法，包括以下步骤：

步骤一、使用天平分别量取pdms预聚体与固化剂，其中pdms预聚体采用sylgard184并选取10g，且pdms预聚体与固化剂按照质量比10:1混合，再使用量筒量取有机溶剂硅油，其中硅油采用道康宁os-20硅油并选取30ml，然后倒入烧杯中混合，用玻璃棒搅拌均匀。

步骤二、用天平量取颗粒直径为1-10μm的fe粉15g，倒入烧杯中，继续用玻璃棒剧烈搅拌5min以上，直至搅拌成均匀的黑色混合溶液，使fe颗粒在混合溶液中均匀分布。

步骤三、将玻璃片基底置于钕磁铁之上，使用喷枪将步骤二中配置的混合溶液均匀地喷涂到玻璃基底上。受磁场作用，fe颗粒在未固化的pdms混合物中自发的沿磁场进行排列，在基底上形成微米级的柱状阵列微结构。其中，玻璃片基底采用直径为20mm的圆形玻璃片基底，钕磁铁采用直径为20mm、高度为30mm的圆柱形钕磁铁；喷枪的喷涂距离为10cm、喷涂量为1.5ml。

步骤四、将步骤三中的钕磁铁及其上面的玻璃基底放入干燥箱中进行加热固化，加热温度为60℃，加热时间为12h，使得有机溶剂道康宁os-20硅油挥发，pdms固化，形成pdms/铁颗粒复合柱状阵列微结构，最终得到磁响应性超疏水表面。

实施例4：

一种磁响应性超疏水表面的简易制备方法，实施例4与实施例3不同仅为，步骤三中喷涂量为0.5ml。

实施例5：

一种磁响应性超疏水表面的简易制备方法，实施例5与实施例3不同仅为，步骤三中喷涂量为1.0ml。

实施例6：

一种磁响应性超疏水表面的简易制备方法，实施例6与实施例3不同仅为，步骤三中喷涂量为2ml。

实施例7：

一种磁响应性超疏水表面的简易制备方法，实施例7与实施例3不同仅为，步骤三中喷涂量为2.5ml。

综上可知，本发明可以通过改变单一变量得到具有不用形貌和性质的磁响应性超疏水表面，例如上述实施例3-实施例7，即通过调节步骤三中的喷涂量，得到具有不用形貌和性质的磁响应性超疏水表面，其微观形貌变化如图7所示。同理，本发明也可以通过改变单一变量中的喷涂距离、pdms预聚体、硅油、fe颗粒得到具有不用形貌和性质的磁响应性超疏水表面，同时，本发明还可以通过改变喷涂量、喷涂距离、pdms预聚体、硅油、fe颗粒中的多个变量得到具有不用形貌和性质的磁响应性超疏水表面，本发明在此不再赘述。

显然，本领域的技术人员可以对本发明实施例进行各种改动和变型而不脱离本发明实施例的精神和范围。这样，倘若本发明实施例的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。