一种图案化聚合物及其制备方法与流程

本发明属于材料表面改性技术领域，涉及一种改性的亲水或疏水层表面结构，特别涉及一种具有大面积图案化设计的聚合物材料。本发明的图案化聚合物表面结构具有低成本，可大面积制备的特点，相比于现有的图案化表面层状结构更具优势。

背景技术：

材料表面的润湿性，如亲水性或疏水性，可以通过仿生学设计独特的结构以及材料本身亲疏水的不同来实现液体接触角的调整变化。通过不同的材料可以实现不同的表面润湿性，进而满足不同的工程应用环境要求。通过材料本身的亲疏水性虽然可以实现材料部分表面润湿性能的优化，但根据仿生学的研究理论，要想实现最佳的材料表面润湿特性调控，还应当考虑材料表面物理结构设计，而其中规整的图案化结构因为其特殊的应用而更受青睐，同时通过材料图案化结构设计和表面亲疏水的有效调控可以有效拓展聚合物材料的应用领域。

目前已有多种技术手段可以实现表面图案化结构构筑，例如嵌段共聚物自组装、飞秒激光刻蚀、3d打印、呼吸图案法等。但现有的这些图案化技术手段存在图案化面积小、或者需要多步骤处理、或设备成本高、或图案结构不可控等一种或多种不足之处，从而导致实际工业化应用还存在许多亟待解决的问题。例如呼吸图案法，主要是基于自组装水滴得到的动态模板，通过聚合物种类、溶剂种类、溶液浓度、实验温度、环境湿度等多种因素进行综合调控，从而制备得到蜂窝状的多孔聚合物膜结构。这种方法具有通用性强、成本低等优势，但因为其控制因素复杂、制备得到图案化结构面积小、通常为多孔结构、采用的体系一般仅为热塑性纯聚合物体系等不足，从而限制其实际应用。

技术实现要素：

本发明目的在于克服现有图案化技术手段存在图案化面积小、或需要多步骤处理、或设备成本高、或图案结构不可控等不足，同时提供一种非传统多孔结构的新型大面积凸起碗状图案化结构，同时提供一种基于热固性聚合物体系的且含有无机纳米粒子的复合材料图案化技术。

为了实现上述发明目的，本发明提供了以下技术方案：

一种图案化聚合物层状材料，所述图案化聚合物层状材料包括至少三层层叠结构，分别为聚合物基材层、图案化结构层和表面封装层。

所述图案化结构层具有分散的碗状凸起结构、凹槽或者多孔结构。

所述表面封装层是覆盖在图案化结构层表面，并保留图案化结构层形状的封装层。

优选地，所述表面封装层是连续的薄层结构。

本发明图案化聚合物层状材料在聚合物基材层表面制备图案化结构层，利用图案化结构层对聚合物表面的立体形貌进行设计，实现不同的聚合物表面形貌。最后以薄膜样表面封装层加以封闭，配合亲水性或疏水性功能材料，实现微观形貌和功能材料相互结合的效果，具有仿生学亲疏水润湿性改善增强的效果，能够发挥出突破一般材料表面特性的增强作用，具有重要实际应用意义。

本发明图案化聚合物中图案化结构层中：①分散的碗装凸起结构是一个一个独立的，四周较高的环状和中央较低的图形结构。②凹槽是图案化结构层上形成非贯穿的多孔结构，这些凹槽结构分散分布，形成高低落差分布。③多孔结构是图案化结构层中分散的多孔结构，多孔结构是四周高中间贯串的多孔结构，四周高的部分为连续的层状。

进一步，所述聚合物基材层为热塑性塑料膜或片、橡胶弹性膜或片。

优选地，所述聚合物基材层的材质包括但不限于聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚氯代对二甲苯、聚氯代间二甲苯、聚氯代邻二甲苯、聚酰亚胺、聚四氟乙烯、聚偏二氟乙烯、二甲基硅橡胶、甲基乙烯基硅橡胶、甲基乙烯基苯基硅橡胶、甲基乙烯基三氟丙基硅橡胶中的一种或几种。

进一步，所述图案化结构层由第二聚合物制成，所述第二聚合物中添加有0～4倍质量疏水无机纳米粒子。优选地，第二聚合物和无机纳米粒子的质量比例为90:10～25:75，通过改变无机纳米粒子的添加比例可以实现不同的图案化目的，使得无机纳米粒在第二聚合物固化形成膜层结构的时候产生不同的图案形状。当第二聚合物和无机纳米粒子的比例为100：0的时候，表明不添加无机纳米粒子。优选地，所述无机纳米粒子是疏水修饰的无机纳米粒子。

优选地，所述第二聚合物包括但不限于聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚氯代对二甲苯、聚氯代间二甲苯、聚氯代邻二甲苯、聚酰亚胺、聚四氟乙烯、聚偏二氟乙烯、二甲基硅橡胶、甲基乙烯基硅橡胶、甲基乙烯基苯基硅橡胶、甲基乙烯基三氟丙基硅橡胶中的一种。

优选地，所述第二聚合物的分子量为5000～100000g/mol。

优选地，所述无机纳米粒子为碳酸钙、二氧化硅、二氧化钛、炭黑、石墨烯、碳纳米管、蒙脱土、氧化锌中的一种或几种，其尺寸为1～5000nm。所述无机纳米粒子都是疏水的无机纳米粒子，或者经过改性为疏水性质的无机纳米粒子。无机纳米粒子具有疏水性，在图案化结构层成型的过程中，通过无机纳米粒子的疏水性实现碗状凸起结构、凹槽或者多孔结构的自组装成型，提高图案化成型的效率，实现便于工业化生产制备的大面积可图案化处理。

进一步，所述无机纳米粒子采用质量浓度为0.1～5.0％的偶联剂进行预先浸泡5～60min，然后在20～90℃温度下干燥5～60min。得到改性后的疏水无机纳米粒子，更加容易和第二聚合物均匀分散开来，形成均匀一致的图案化结构层。

优选地，所述偶联剂是硅烷偶联剂或钛酸酯偶联剂。

优选地，所述偶联剂是3-氨丙基三乙氧基硅烷、3-缩水甘油醚氧基丙基三甲氧基硅烷、3-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷、双(二辛氧基焦磷酸酯基)乙撑钛酸酯和异丙基三(二辛基焦磷酸酰氧基)钛酸酯中的一种或几种。

进一步，图案化结构层采用浓度为0.1～30.0％原料制成。图案化结构层采用上述质量浓度的原料液进行制备，原料成分包括第二聚合物和无机纳米粒子，两者的在溶液中质量浓度之和为0.1～30.0％，余量成分为溶剂，溶剂在制备成型过程中挥发消失。图案化结构层的材质为聚合物和无机纳米粒子，通过两者的比例调整，使得无机纳米粒子均匀分布形成不同的图案化结构，进而达到仿生学表面结构设计目的。

优选地，所述图案化结构层是通过第二聚合物溶解在第二溶剂中所得料液制成的。其中，第二聚合物溶解的时候添加0～4倍无机纳米粒子。对应第二聚合物的第二溶剂为二甲苯、甲苯、氯仿、四氢呋喃、间甲酚、甲基乙基酮、丙酮、环己烷、二甲基乙酰胺中的一种或多种。

进一步，所述表面封装层的材质为第三聚合物或含氟硅烷。

优选地，所述第三聚合物为聚丙烯酸、壳聚糖季铵盐、聚乙二醇、乙基羟乙基纤维素、卡波姆、聚四氟乙烯、聚偏二氟乙烯、二甲基硅橡胶、甲基乙烯基硅橡胶、甲基乙烯基苯基硅橡胶、甲基乙烯基三氟丙基硅橡胶中的一种或几种。

优选地，所述第三聚合物的分子量为5000～100000g/mol。

优选地，所述的含氟硅烷为1h,1h,2h,2h-全氟辛基三甲氧基硅烷、1h,1h,2h,2h-全氟辛基三乙氧基硅烷、1h,1h,2h,2h-全氟癸基三甲氧基硅烷、1h,1h,2h,2h-全氟癸基三乙氧基硅烷中的一种或几种。

优选地，所述表面封装层采用第三聚合物或含氟硅烷的溶液制成，溶液的质量浓度为0.1～30.0％，余量为溶剂。

优选地，所述表面封装层是通过第三聚合物或含氟硅烷溶解在第三溶剂中所得料液制成的。对应第三聚合物或含氟硅烷的第三溶剂为去离子水、甲醇、乙醇、乙二醇、异丙醇、丙醇、二甲苯、甲苯、氯仿、四氢呋喃、甲基乙基酮、丙酮、环己烷、二甲基乙酰胺中的一种或多种。根据表面封装层的材料(第三聚合物或含氟硅烷)的特性选择适宜的第三溶剂进行溶解，确保所得料液能够在图案化结构层表面更好的成型得到薄膜状结构，使得表面封装层成型以后保留图案化结构层的形貌特征。

进一步，所述图案化聚合物层状材料具有以下特性：水滴或水溶性液滴在图案化聚合物层状材料上的液滴接触角达到60°以下或120°以上。

优选地，所述水溶性液滴包括但不限于水性涂料、水性油墨、ph为1～13的酸碱盐水溶液、汗液、血液、尿液。

进一步，所述图案化聚合物层状材料具有以下特性：图案化聚合物经过120min超声强力破坏、10000次机械弯曲破坏或10000次机械摩擦中的一种或几种破坏以后，液滴接触角仍能保持60°以下或120°以上。包括水滴或水溶性液滴在图案化聚合物表面的接触角仍能保持60°以下或120°以上。本发明的图案化聚合物层状材料具有极高的结构稳定性，能耐受高强度的机械磨损破坏，保持表面亲水性或疏水性不变。

为了制备得到上述的图案化聚合物，本发明还提供了一种制备方法，以更好地保证图案化聚合物材料的表面图案设计符合设计预期，达到良好的表面亲水或疏水性能增强。

一种制备上述图案化聚合物的方法，包括以下步骤：

(1)聚合物基材层的预处理：将聚合物基材层清洁干净，所述聚合物基材层是热塑性塑料膜或片、橡胶弹性膜或片中的一种。优选地，在聚合物基材层清洁干净以后用低温等离子体处理。

(2)图案化结构层的涂覆：将第二聚合物和疏水无机纳米粒子混合，用第二溶剂配制成质量浓度为0.1～30.0％的溶液，在聚合物基材层上涂覆；第二聚合物和无机纳米粒子的质量比例为100:0～20:80；

(3)图案化结构层的处理，步骤2涂覆以后，在温度为20～90℃且相对湿度为20～100％条件下处理30～180min。

(4)表面封装层的固化处理，将步骤3处理后的聚合物基材层浸涂、喷涂或旋涂上表面封装层原料，干燥，然后在超热氢设备中处理后取出清洗，再次干燥，得到所述的图案化聚合物。

本发明制备方法将图案化结构层的形成和图案化结构层的固化分别依次进行，并在图案化结构层上结合上第二聚合物和无机纳米粒子材料，利用温度20～90℃且相对湿度20～100％的条件处理图案化结构层涂覆的原料，使之形成优良的图案化结构，实现仿生结构的设计印制。最后在图案化结构层表面结合上封装层原料，固化图案化结构层，形成表面连续的薄层结构，在保留图案化结构层形态的同时，实现稳定的封装结构，达到增强图案化聚合物材料性能的目的。

本发明图案化聚合物的制备方法包括聚合物基材层的预处理，图案化结构层的涂覆，图案化结构层的处理，表面封装层的固化处理。本发明所述的图案化聚合物具有无需物理模板、图案结构规整可控、图案尺寸面积大等优点。

本发明制备所述图案化聚合物的方法，具有普适性强、工艺简单易于实际生产、生产成本低等优点，可满足电子工业、印刷行业、微流体制备、生物医用等领域的表面防水/抗污、自清洁、低成本聚合物图案化模板等实际应用需求。

进一步，步骤(1)聚合物基材层的预处理。聚合物基材层清洁干净的过程中是将多孔基材用乙醇浸泡5～60min，然后在20～90℃温度下干燥5～60min；然后用去离子水浸泡5～60min，然后在20～90℃温度下干燥5～60min。然后用低温等离子体处理2～10s。

进一步，步骤(2)图案化结构层的涂覆。将第二聚合物和疏水无机纳米粒子混合，用第二溶剂配制成质量浓度为0.1～30.0％的溶液，其中第二聚合物和无机纳米粒子的质量比例为100:0～20:80；然后，通过浸涂5～3600s涂覆在经过步骤(1)预处理的聚合物基材层上，然后取出备用。

进一步，步骤(3)图案化结构层的处理。将经过步骤(2)涂覆后的聚合物基材层在温度为20～90℃且相对湿度为20～100％条件下处理30～180min。

进一步，步骤(4)表面封装层的固化处理。采用第三聚合物或含氟硅烷配制成表面封装层原料溶液，溶液的质量浓度为0.1～30.0％，余量为第三溶剂。通过浸涂5～3600s或喷涂2～180s涂覆在经过步骤(3)图案化结构层处理的聚合物基材层上，然后在20～90℃温度下干燥5～120min，然后在电压为100～300v，真空度为0.05～0.15pa的超热氢设备中处理5～120s后取出用乙醇浸泡5～60min，然后在20～90℃温度下干燥5～60min；然后用去离子水浸泡5～60min，然后在20～90℃温度下干燥5～60min即制备得到所述的图案化聚合物。

优选地，步骤4，所述表面封装层为第三聚合物或含氟硅烷成型的膜层或薄膜。

优选地，所述第三聚合物为聚丙烯酸、壳聚糖季铵盐、聚乙二醇、乙基羟乙基纤维素、卡波姆、聚四氟乙烯、聚偏二氟乙烯、二甲基硅橡胶、甲基乙烯基硅橡胶、甲基乙烯基苯基硅橡胶、甲基乙烯基三氟丙基硅橡胶中的一种或几种。

优选地，所述的含氟硅烷为1h,1h,2h,2h-全氟辛基三甲氧基硅烷、1h,1h,2h,2h-全氟辛基三乙氧基硅烷、1h,1h,2h,2h-全氟癸基三甲氧基硅烷、1h,1h,2h,2h-全氟癸基三乙氧基硅烷中的一种或几种。

与现有技术相比，本发明的有益效果：

1.本发明图案化聚合物层状材料在聚合物基材层表面制备图案化结构层，利用图案化结构层对聚合物表面的立体形貌进行设计，克服现有图案化技术手段存在图案化面积小、或需要多步骤处理、或设备成本高、或图案结构不可控等不足，实现不同的聚合物表面形貌。

2.本发明以表面封装层加以封闭，配合亲水性或疏水性功能材料，实现微观形貌和功能材料相互结合的效果，具有仿生学亲疏水润湿性改善增强的效果，能够发挥出突破一般材料表面特性的增强作用，具有重要实际应用意义。

3.本发明提供一种非传统多孔结构的新型大面积凸起碗状图案化结构，同时提供一种基于热固性聚合物体系的且含有无机纳米粒子的复合材料图案化技术。将图案化结构层在基材层上仿生生成，并结合上封装层原料，形成稳定的封装结构，达到增强图案化聚合物材料性能的目的。

附图说明：

图1：大面积多孔图案化表面的扫描电子显微镜结果(实施例3)

图2：水滴在大面积多孔图案化表面的接触角0°(实施例3)

图3：大面积多孔图案化表面的扫描电子显微镜结果(实施例4)

图4：大面积凹槽图案化表面的扫描电子显微镜结果(实施例5)

图5：大面积凹槽图案化表面的扫描电子显微镜结果(实施例6)

图6：大面积分散的碗装凸起图案化表面的扫描电子显微镜结果(实施例7)

图7：水滴在大面积分散的碗装凸起图案化表面的接触角156°(实施例7)

图8：大面积分散的碗装凸起图案化表面的扫描电子显微镜结果(实施例9)

图9：水滴在大面积分散的碗装凸起图案化表面的接触角125°(实施例9)

图10：大面积分散的碗装凸起图案化表面的扫描电子显微镜结果(实施例10)

图11：大面积分散的碗装凸起图案化表面的扫描电子显微镜结果(实施例11)

具体实施方式

下面通过实施例对本发明作具体详述，有必要在此指出的是，以下实施例仅用于对本发明做出进行进一步举例说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，该领域的技术人员根据本发明内容对此做出的一些非本质的改进和调整，均应视为本发明的保护范围。

实施例1：

图案化聚合物层状材料

图案化聚合物层状材料具有三层层叠结构，分别为聚乙烯的聚合物基材层、聚丙烯和二氧化硅80：20的图案化结构层和聚丙烯酸表面封装层。所述图案化结构层具有分散的碗状凸起结构。所述表面封装层是覆盖在图案化结构层表面的连续薄层，并保留图案化结构层形状的封装层。

实施例2：

准备偶联剂预处理的无机纳米粒子

无机纳米粒子采用质量浓度为0.1～5.0％的偶联剂进行预先浸泡5～60min，然后在20～90℃温度下干燥5～60min，得到偶联剂修饰的无机纳米粒子，备用。具体的制备原料及参数如下：

实施例3：

制备图案化聚合物层状材料

按照以下步骤制备图案化聚合物层状材料：

步骤(1)将聚乙烯基材层清洁干净的过程中是将基材用乙醇浸泡10min，然后在30℃温度下干燥60min；然后用去离子水浸泡10min，然后在30℃温度下干燥60min。然后用低温等离子体处理10s。

步骤(2)将分子量为5000g/mol的第二聚合物聚丙烯和实施例2中编号201的偶联剂处理的无机纳米粒子按照90:10的质量比例混合，用(第二溶剂)甲苯配制成质量浓度为30.0％的溶液。然后，通过浸涂10s涂覆在经过步骤(1)预处理的聚合物基材层上，然后取出。

步骤(3)将经过步骤(2)涂覆后的聚合物基材层在温度为30℃且相对湿度为90％条件下处理30min。

步骤(4)采用分子量为100000g/mol的第三聚合物为聚丙烯酸，用(第三溶剂)去离子水配制成质量浓度为0.5％的表面封装层原料溶液。通过浸涂3600s涂覆在经过步骤(3)图案化结构层处理的聚合物基材层上，然后在30℃温度下干燥120min，然后在电压为300v，真空度为0.15pa的超热氢设备中处理10s后取出用乙醇浸泡10min，然后在30℃温度下干燥60min；然后用去离子水浸泡10min，然后在30℃温度下干燥60min即制备得到所述的图案化聚合物。

＜测试＞

采用电子显微镜观察制备得到的图案化聚合物表面形态，结果如图1所示，层状材料的表面具有显著的多孔图案化形态表现，符合设计预期。测试其表面的液滴接触角，结果水滴在图案化层状材料表面的接触角为0°，如图2所示，和非图案化处理的表面封装层原料制成的层状薄膜材料相比，液滴接触角得到显著降低，表明图案化处理使得层状材料的性质优于普通非图案化处理的材料亲水性。

实施例4：

制备图案化聚合物层状材料

按照以下步骤制备图案化聚合物层状材料：

步骤(1)将聚氯乙烯基材层清洁干净的过程中是将基材用乙醇浸泡20min，然后在40℃温度下干燥50min；然后用去离子水浸泡20min，然后在40℃温度下干燥50min。然后用低温等离子体处理8s。

步骤(2)将分子量为80000g/mol的第二聚合物聚苯乙烯和实施例2中编号202的偶联剂处理的粒子按照80:20的质量比例混合，用(第二溶剂)四氢呋喃配制成质量浓度为20.0％的溶液。然后，通过浸涂60s涂覆在经过步骤(1)预处理的聚合物基材层上，然后取出。

步骤(3)将经过步骤(2)涂覆后的聚合物基材层在温度为30℃且相对湿度为80％条件下处理60min。

步骤(4)采用分子量为10000g/mol的第三聚合物为聚乙二醇，用(第三溶剂)乙醇配制成质量浓度为0.1％的表面封装层原料溶液。通过喷涂180s涂覆在经过步骤(3)图案化结构层处理的聚合物基材层上，然后在40℃温度下干燥90min，然后在电压为250v，真空度为0.15pa的超热氢设备中处理30s后取出用乙醇浸泡20min，然后在40℃温度下干燥50min；然后用去离子水浸泡20min，然后在40℃温度下干燥50min即制备得到所述的图案化聚合物。

＜测试＞

采用电子显微镜观察制备得到的图案化聚合物表面形态，结果如图3所示，层状材料的表面具有显著的多孔图案化形态表现，符合设计预期。测试其表面的液滴接触角，结果水性油墨在图案化层状材料表面的接触角为0°，和非图案化处理的表面封装层原料制成的层状薄膜材料相比，液滴接触角得到显著降低，表明图案化处理使得层状材料的性质优于普通非图案化处理的材料亲水性。

实施例5：

制备图案化聚合物层状材料

按照以下步骤制备图案化聚合物层状材料：

步骤(1)将聚苯乙烯基材层清洁干净的过程中是将基材用乙醇浸泡30min，然后在50℃温度下干燥50min；然后用去离子水浸泡30min，然后在50℃温度下干燥50min。然后用低温等离子体处理8s。

步骤(2)将分子量为50000g/mol的第二聚合物聚对苯二甲酸丁二醇酯和实施例2中编号203的偶联剂处理的粒子按照70:30的质量比例混合，用(第二溶剂)间甲酚配制成质量浓度为10.0％的溶液。然后，通过浸涂120s涂覆在经过步骤(1)预处理的聚合物基材层上，然后取出。

步骤(3)将经过步骤(2)涂覆后的聚合物基材层在温度为50℃且相对湿度为60％条件下处理90min。

步骤(4)采用分子量为20000g/mol的第三聚合物为聚乙基羟乙基纤维素，用(第三溶剂)异丙醇配制成质量浓度为5.0％的表面封装层原料溶液。通过浸涂1200s涂覆在经过步骤(3)图案化结构层处理的聚合物基材层上，然后在50℃温度下干燥70min，然后在电压为200v，真空度为0.1pa的超热氢设备中处理60s后取出用乙醇浸泡30min，然后在50℃温度下干燥50min；然后用去离子水浸泡30min，然后在50℃温度下干燥50min即制备得到所述的图案化聚合物。

＜测试＞

采用电子显微镜观察制备得到的图案化聚合物表面形态，结果如图4所示，层状材料的表面具有显著的凹槽图案化形态表现，符合设计预期。测试其表面的液滴接触角，结果ph为2的氯化氢水溶液在图案化层状材料表面的接触角为0°，和非图案化处理的表面封装层原料制成的层状薄膜材料相比，液滴接触角得到显著降低，表明图案化处理使得层状材料的性质优于普通非图案化处理的材料亲水性。

实施例6：

制备图案化聚合物层状材料

按照以下步骤制备图案化聚合物层状材料：

步骤(1)将聚对苯二甲酸丁二醇酯基材层清洁干净的过程中是将基材用乙醇浸泡40min，然后在50℃温度下干燥30min；然后用去离子水浸泡40min，然后在50℃温度下干燥30min。然后用低温等离子体处理10s。

步骤(2)将分子量为20000g/mol的第二聚合物聚对苯二甲酸丁二醇酯和实施例2中编号204的偶联剂处理的粒子按照60:40的质量比例混合，用(第二溶剂)间甲酚配制成质量浓度为5.0％的溶液。然后，通过浸涂600s涂覆在经过步骤(1)预处理的聚合物基材层上，然后取出。

步骤(3)将经过步骤(2)涂覆后的聚合物基材层在温度为70℃且相对湿度为40％条件下处理120min。

步骤(4)采用分子量为50000g/mol的第三聚合物为卡波姆，用(第三溶剂)丙醇配制成质量浓度为8.0％的表面封装层原料溶液。通过喷涂90s涂覆在经过步骤(3)图案化结构层处理的聚合物基材层上，然后在40℃温度下干燥60min，然后在电压为150v，真空度为0.1pa的超热氢设备中处理60s后取出用乙醇浸泡40min，然后在50℃温度下干燥30min；然后用去离子水浸泡40min，然后在50℃温度下干燥30min即制备得到所述的图案化聚合物。

＜测试＞

采用电子显微镜观察制备得到的图案化聚合物表面形态，结果如图5所示，层状材料的表面具有显著的凹槽图案化形态表现，符合设计预期。测试其表面的液滴接触角，结果ph为7的氯化钠水溶液在图案化层状材料表面的接触角为0°，和非图案化处理的表面封装层原料制成的层状薄膜材料相比，液滴接触角得到显著降低，表明图案化处理使得层状材料的性质优于普通非图案化处理的材料亲水性。

实施例7：

制备图案化聚合物层状材料

按照以下步骤制备图案化聚合物层状材料：

步骤(1)将聚氯代对二甲苯基材层清洁干净的过程中是将基材用乙醇浸泡50min，然后在60℃温度下干燥30min；然后用去离子水浸泡50min，然后在60℃温度下干燥30min。然后用低温等离子体处理6s。

步骤(2)将分子量为20000g/mol的第二聚合物聚偏二氟乙烯和实施例2中编号205的偶联剂处理的粒子按照50:50的质量比例混合，用(第二溶剂)二甲基乙酰胺配制成质量浓度为5.0％的溶液。然后，通过浸涂1200s涂覆在经过步骤(1)预处理的聚合物基材层上，然后取出。

步骤(3)将经过步骤(2)涂覆后的聚合物基材层在温度为80℃且相对湿度为30％条件下处理180min。

步骤(4)采用分子量为20000g/mol的第三聚合物为聚偏二氟乙烯，用(第三溶剂)二甲基乙酰胺配制成质量浓度为10.0％的表面封装层原料溶液。通过浸涂600s涂覆在经过步骤(3)图案化结构层处理的聚合物基材层上，然后在60℃温度下干燥60min，然后在电压为150v，真空度为0.05pa的超热氢设备中处理90s后取出用乙醇浸泡50min，然后在60℃温度下干燥30min；然后用去离子水浸泡50min，然后在60℃温度下干燥30min即制备得到所述的图案化聚合物。

＜测试＞

采用电子显微镜观察制备得到的图案化聚合物表面形态，结果如图6所示，层状材料的表面具有显著的分散的碗装凸起图案化形态表现，符合设计预期。测试其表面的液滴接触角，结果ph为12的氢氧化钠水溶液在图案化层状材料表面的接触角为156°，如图7所示，和非图案化处理的表面封装层原料制成的层状薄膜材料相比，液滴接触角得到显著提高，表明图案化处理使得层状材料的性质优于普通非图案化处理的材料疏水性。

实施例8：

制备图案化聚合物层状材料

按照以下步骤制备图案化聚合物层状材料：

步骤(1)将聚酰亚胺基材层清洁干净的过程中是将基材用乙醇浸泡60min，然后在70℃温度下干燥20min；然后用去离子水浸泡60min，然后在70℃温度下干燥20min。然后用低温等离子体处理8s。

步骤(2)将分子量为50000g/mol的第二聚合物二甲基硅橡胶和实施例2中编号206的偶联剂处理的粒子按照50:50的质量比例混合，用(第二溶剂)甲苯配制成质量浓度为3.0％的溶液。然后，通过浸涂2400s涂覆在经过步骤(1)预处理的聚合物基材层上，然后取出。

步骤(3)将经过步骤(2)涂覆后的聚合物基材层在温度为90℃且相对湿度为60％条件下处理180min。

步骤(4)采用分子量为5000g/mol的第三聚合物为二甲基硅橡胶，用(第三溶剂)甲苯配制成质量浓度为15.0％的表面封装层原料溶液。通过喷涂30s涂覆在经过步骤(3)图案化结构层处理的聚合物基材层上，然后在70℃温度下干燥40min，然后在电压为100v，真空度为0.05pa的超热氢设备中处理120s后取出用乙醇浸泡60min，然后在70℃温度下干燥20min；然后用去离子水浸泡60min，然后在70℃温度下干燥20min即制备得到所述的图案化聚合物。

＜测试＞

采用电子显微镜观察制备得到的图案化聚合物表面形态，结果类似于图6所示，层状材料的表面具有显著的分散的碗装凸起图案化形态表现，符合设计预期。测试其表面的液滴接触角，结果尿液在图案化层状材料表面的接触角为132°，和非图案化处理的表面封装层原料制成的层状薄膜材料相比，液滴接触角得到显著提高，表明图案化处理使得层状材料的性质优于普通非图案化处理的材料疏水性。

实施例9：

制备图案化聚合物层状材料

按照以下步骤制备图案化聚合物层状材料：

步骤(1)将聚偏二氟乙烯基材层清洁干净的过程中是将基材用乙醇浸泡60min，然后在90℃温度下干燥10min；然后用去离子水浸泡60min，然后在90℃温度下干燥10min。然后用低温等离子体处理8s。

步骤(2)将分子量为100000g/mol的第二聚合物甲基乙烯基硅橡胶和实施例2中编号201的偶联剂处理的粒子按照40:60的质量比例混合，用(第二溶剂)环己烷配制成质量浓度为1.0％的溶液。然后，通过浸涂3600s涂覆在经过步骤(1)预处理的聚合物基材层上，然后取出。

步骤(3)将经过步骤(2)涂覆后的聚合物基材层在温度为60℃且相对湿度为60％条件下处理120min。

步骤(4)采用分子量为10000g/mol的第三聚合物为甲基乙烯基苯基硅橡胶，用(第三溶剂)二甲苯配制成质量浓度为20.0％的表面封装层原料溶液。通过浸涂120s涂覆在经过步骤(3)图案化结构层处理的聚合物基材层上，然后在90℃温度下干燥20min，然后在电压为200v，真空度为0.05pa的超热氢设备中处理90s后取出用乙醇浸泡60min，然后在90℃温度下干燥10min；然后用去离子水浸泡60min，然后在90℃温度下干燥10min即制备得到所述的图案化聚合物。

＜测试＞

采用电子显微镜观察制备得到的图案化聚合物表面形态，结果如图8所示，层状材料的表面具有显著的分散的碗装凸起图案化形态表现，符合设计预期。测试其表面的液滴接触角，结果水滴在图案化层状材料表面的接触角为125°，如图9所示，和非图案化处理的表面封装层原料制成的层状薄膜材料相比，液滴接触角得到显著提高，表明图案化处理使得层状材料的性质优于普通非图案化处理的材料疏水性。

实施例10：

制备图案化聚合物层状材料

按照以下步骤制备图案化聚合物层状材料：

步骤(1)将甲基乙烯基硅橡胶基材层清洁干净的过程中是将基材用乙醇浸泡30min，然后在70℃温度下干燥30min；然后用去离子水浸泡30min，然后在70℃温度下干燥30min。然后用低温等离子体处理4s。

步骤(2)将分子量为80000g/mol的第二聚合物甲基乙烯基硅橡胶和实施例2中编号202的偶联剂处理的粒子按照30:70的质量比例混合，用(第二溶剂)环己烷配制成质量浓度为1.0％的溶液。然后，通过浸涂1200s涂覆在经过步骤(1)预处理的聚合物基材层上，然后取出。

步骤(3)将经过步骤(2)涂覆后的聚合物基材层在温度为40℃且相对湿度为40％条件下处理90min。

步骤(4)采用含氟硅烷1h,1h,2h,2h-全氟辛基三甲氧基硅烷，用(第三溶剂)乙醇配制成质量浓度为30.0％的表面封装层原料溶液。通过喷涂60s涂覆在经过步骤(3)图案化结构层处理的聚合物基材层上，然后在70℃温度下干燥50min，然后在电压为200v，真空度为0.1pa的超热氢设备中处理60s后取出用乙醇浸泡30min，然后在70℃温度下干燥30min；然后用去离子水浸泡30min，然后在70℃温度下干燥30min即制备得到所述的图案化聚合物。

＜测试＞

采用电子显微镜观察制备得到的图案化聚合物表面形态，结果如图10所示，层状材料的表面具有显著的分散的碗装凸起图案化形态表现，符合设计预期。测试其表面的液滴接触角，结果ph为2的氯化氢水溶液在图案化层状材料表面的接触角为135°，和非图案化处理的表面封装层原料制成的层状薄膜材料相比，液滴接触角得到显著提高，表明图案化处理使得层状材料的性质优于普通非图案化处理的材料疏水性。

实施例11：

制备图案化聚合物层状材料

按照以下步骤制备图案化聚合物层状材料：

步骤(1)将甲基乙烯基三氟丙基硅橡胶基材层清洁干净的过程中是将基材用乙醇浸泡50min，然后在60℃温度下干燥50min；然后用去离子水浸泡50min，然后在60℃温度下干燥50min。然后用低温等离子体处理6s。

步骤(2)将分子量为5000g/mol的第二聚合物甲基乙烯基苯基硅橡胶和实施例2中编号204的偶联剂处理的粒子按照20:80的质量比例混合，用(第二溶剂)二甲苯配制成质量浓度为0.5％的溶液。然后，通过浸涂600s涂覆在经过步骤(1)预处理的聚合物基材层上，然后取出。

步骤(3)将经过步骤(2)涂覆后的聚合物基材层在温度为30℃且相对湿度为80％条件下处理60min。

步骤(4)采用含氟硅烷1h,1h,2h,2h-全氟癸基三乙氧基硅烷，用(第三溶剂)甲苯配制成质量浓度为30.0％的表面封装层原料溶液。通过浸涂30s涂覆在经过步骤(3)图案化结构层处理的聚合物基材层上，然后在50℃温度下干燥90min，然后在电压为300v，真空度为0.1pa的超热氢设备中处理20s后取出用乙醇浸泡50min，然后在60℃温度下干燥50min；然后用去离子水浸泡50min，然后在60℃温度下干燥50min即制备得到所述的图案化聚合物。

＜测试＞

采用电子显微镜观察制备得到的图案化聚合物表面形态，结果如图11所示，层状材料的表面具有显著的分散的碗装凸起图案化形态表现，符合设计预期。测试其表面的液滴接触角，结果ph为12的氢氧化钠水溶液在图案化层状材料表面的接触角为138°，和非图案化处理的表面封装层原料制成的层状薄膜材料相比，液滴接触角得到显著提高，表明图案化处理使得层状材料的性质优于普通非图案化处理的材料疏水性。