一种利用氧化还原环境调控表面起皱或消皱的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及表面图案制备技术，具体涉及一种调控聚苯胺表面皱纹图案的工艺方法。
【背景技术】
[0002]源于界面应力松弛的薄膜表面起皱作为一种新颖的表面图案化技术，近年来受到人们的极大关注，并广泛应用于柔性电极、传感器、光学器件和膜材料物性表征等领域。而在特定的应用领域，如界面结合、润湿性、光学性质和微流通道等领域，需要可逆地控制皱纹的出现与消失，从而改变器件的界面结合力，润湿性，透光性及微流通道的开关。目前，对表面起皱/消皱的可逆调控主要集中于机械手段，步骤繁琐。如何开发一种简单快速有效的方式实现起皱/消皱的可逆调控仍是当前研究的一大难题。系统的氧化还原环境是化学反应中的一项重要参数。目前，具有氧化还原响应性的材料多数应用在药物释放，致动器，催化剂等领域，在智能界面的构筑方面未有涉及。开发对氧化还原环境有良好刺激响应性的表面在环境监测等领域有着潜在的应用前景。
【发明内容】
[0003]针对上述现有技术，本发明提供一种利用氧化还原环境调控表面起皱或消皱的方法。本发明选用PDMS为基底，通过原位吸附聚合的方式在PDMS表面沉积一层起皱的PANI薄膜。利用简单的浸泡处理方式实现了 PANI膜起皱/消皱的可逆调控。
[0004]为了解决上述技术问题，本发明一种利用氧化还原环境调控表面起皱或消皱的方法，是用氧化还原环境调控PDMS表面PANI膜的溶胀状态，进而调控PANI膜的表面形貌。
[0005]进一步讲，可以采用下述两种处理过程之一，使PDMS表面PANI皱纹膜依次消皱和重新起皱:
[0006]1)将表面均匀地生长有一层PANI皱纹膜的PDMS弹性体长条试样置于0.1M的硼氢化钠溶液中2秒后取出，在PDMS弹性体长条试样表面得到皱纹形貌消失的PANI膜，将该带有皱纹形貌消失的PANI膜的PDMS弹性体长条试样置于质量分数15wt %的双氧水溶液中1分钟后取出，在PDMS弹性体长条试样表面重新得到起皱的PANI皱纹膜；
[0007]2)将表面均匀地生长有一层PANI皱纹膜的PDMS弹性体长条试样置于0.1M的过硫酸钾溶液中5秒后取出，在PDMS弹性体长条试样表面得到皱纹形貌消失的PANI膜，得到皱纹形貌消失的PANI膜，将该带有皱纹形貌消失的PANI膜的PDMS弹性体长条试样置于1M的盐酸溶液中1分钟后取出，在PDMS弹性体长条试样表面重新得到起皱的PANI皱纹膜。
[0008]所使用的表面均匀地生长有一层PANI皱纹膜的PDMS弹性体长条试样的制备步骤如下:
[0009]步骤一、将PDMS预聚体与交联剂按一定质量比混合，倒入一器皿中，用玻璃棒充分搅拌，得到均匀的预聚体；
[0010]步骤二、将步骤一得到的预聚体在真空干燥器中脱气1小时后，置于恒温鼓风干燥箱70摄氏度下加热4小时进行固化，得到PDMS弹性体；
[0011]步骤三、将步骤二得到的PDMS弹性体剪切成3cmX lcm的PDMS弹性体长条试样备用；
[0012]步骤四、分别配制0.1M的苯胺盐酸溶液及0.1M的过硫酸铵盐酸溶液，分别将苯胺盐酸溶液和过硫酸铵盐酸溶液放置0-5摄氏度中30分钟；
[0013]步骤五、将步骤四中配制的两种溶液快速混合为混合溶液，并将步骤三制得的PDMS弹性体长条试样浸入该混合溶液，0-5摄氏度环境中反应15分钟后，取出PDMS弹性体长条试样，该PDMS弹性体长条试样表面均匀地生长有一层PANI皱纹膜。
[0014]与现有技术相比，本发明的有益效果是:
[0015]本发明的方法具有简便的操作性，良好的重复性，可实现表面皱纹的快速、可逆调控。构筑的刺激响应性PANI膜在传感器，智能窗口等领域有巨大的应用前景。本发明涉及到的利用氧化还原手段调控表面图案的方法，可以扩展至其他材料体系，为构筑智能表界面提供了新的思路。
【附图说明】
[0016]图1是实施例1-3在PDMS表面原位生长得到起皱的PANI膜的光学显微镜图片；
[0017]图2是实施例2中经硼氢化钠处理PANI膜皱纹消失的光学显微镜图片；
[0018]图3是实施例3中经过硫酸钾处理PANI膜皱纹消失的光学显微镜图片。
【具体实施方式】
[0019]本发明一种利用氧化还原环境调控表面起皱或消皱的方法的设计思路是用氧化还原环境调控PDMS表面PANI膜的溶胀状态，进而调控PANI膜的表面形貌。
[0020]首先在聚二甲基硅氧烷(PDMS)基底上原位生长起皱的聚苯胺(PANI)薄膜，形成PDMS/PANI的双层起皱体系。
[0021]然后将该试样样品置于还原性的硼氢化钠溶液中一定时间后，表面皱纹消失，将消皱的PDMS/PANI复合体系置于氧化性的双氧水溶液中一定时间后，表面皱纹再次出现。具体步骤是:将表面均匀地生长有一层PANI皱纹膜的PDMS弹性体长条试样置于0.1M的硼氢化钠溶液中2秒后取出，在PDMS弹性体长条试样表面得到皱纹形貌消失的PANI膜，将该带有皱纹形貌消失的PANI膜的PDMS弹性体长条试样置于质量分数15wt %的双氧水溶液中1分钟后取出，在PDMS弹性体长条试样表面重新得到起皱的PANI皱纹膜；
[0022]同理，将表面起皱的PANI膜置于强氧化性的过硫酸钾溶液中，一定时间后皱纹消失，将此样品再浸入盐酸溶液一定时间，皱纹同样会再次出现。具体步骤如下:将表面均匀地生长有一层PANI皱纹膜的PDMS弹性体长条试样置于0.1M的过硫酸钾溶液中5秒后取出，在PDMS弹性体长条试样表面得到皱纹形貌消失的PANI膜，得到皱纹形貌消失的PANI膜，将该带有皱纹形貌消失的PANI膜的PDMS弹性体长条试样置于1M的盐酸溶液中1分钟后取出，在PDMS弹性体长条试样表面重新得到起皱的PANI皱纹膜。
[0023]上述氧化还原调控中，PANI膜都有着良好的起皱/消皱可逆性。本发明利用简单的操作方式，新颖的氧化还原手段实现了对皱纹形貌的可逆调控，为智能响应性的表面制备及调控开辟了新的途径，为功能性响应