专利名称：一种制备超疏油表面的气体辅助成形法的制作方法
技术领域：
本发明涉及功能表面制备技术领域，特指ー种制备超疏油表面的气体辅助成形法，其适用于聚合物超疏油表面的制备，尤其适用于简易条件下的超疏油表面的制备。
背景技术：
超疏油表面是指能够使表面张カ较小的液滴(如油液液滴)在其表面呈现大接触角(>130° )的表面。与超疏水表面类似，这种表面具有优异的自洁和减阻性能，尤其适用于油液环境。因此，超疏油表面在近年来得到了广泛的关注。已有的文献(ー种新型超疏油表面结构设计方法，国家发明专利，申请号CN201010132465. 4 ；AhujaA, Taylor J A,Lifton V，Sidorenko AAj Salamon T R, LobatonE J，Kolodner P，Krupenkin T N. Nanonails:A Simple Geometrical Approach toElectrically Tunable Superlyophobic Surfaces. Langmuir2008,24:9-14.矛ロ Tuteja A, Choi W, Ma M，Mabry J M, Mazzella S A，Rutledge G C, McKinley G H，CohenRE. Designing SuperoIeophobicSurfaces. Science2007，318:1618-1622.)表明，表面的超疏油功能可通过在表面构造二次凹槽结构来实现的。所以实现表面超疏油性能的难点在于表面上的二次凹槽结构的制备。这些二次凹槽结构具有顶端截面面积大于微纳结构靠近基底部位处的截面面积的特性(如附
图1所示，表面基底I上的二次凹槽结构2的顶端宽度大于底端宽度)，所以通过普通的模板法难以实现脱模(顶端的大结构被模具孔卡住)。为了构造出具有二次凹槽结构的表面，目前常用的方法是微纳加工方法中的Boschエ艺和静电纺丝方法。Boschエ艺虽然能够很好地控制微纳结构的形状，但由于其需要较昂贵的设备和较严格的真空条件，所以B oschエ艺在超疏油表面制备方面还未得到推广使用。静电纺丝方法的成本具有优势，但其产生的二次凹槽结构由随机沉积的纳米尺度细丝形成，所以该方法存在两个局限ー是二次凹槽结构的可控性和复现性很差，ニ是纳米尺度的细丝形成的二次凹槽结构不够明显，所以在液滴自由能发生波动的情况下，很容易发生液滴与表面之间的Cassie接触界面受到破坏的现象(即超疏油状态转换现象)，使超疏油状态不稳定。总之，超疏油表面制备的难点在于二次凹槽结构的构造，而目前制备超疏油表面方法的Boschエ艺需要价格高昂的设备且制备过程复杂，静电纺丝方法制备二次凹槽结构的可控性差。为实现超疏油表面的简易可控制备，本发明提出ー种基于聚合物热变形的气体辅助成形法。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于制备超疏油表面的气体辅助成形法，实现简易条件下的聚合物材料的超疏油表面的可控制备。本发明按下述技术方案实现—种用于制备超疏油表面的气体辅助成形法，是(I)将液态聚合物盛于容器中，将孔类模板覆盖在液态聚合物表面并固定其位置，让部分液体聚合物的表面暴露在外，(2)将容器送入真空干燥箱中抽真空，使被限制在液态聚合物和模板孔间的空气在压强差下膨胀，形成球冠状的孔阵列，此时对聚合物进行固化处理即可实现二次凹槽结构的制备。上述方法中，所使用的模板为孔阵列模板或槽阵列模板，要求模板带孔或槽的一面与液体聚合物接触时其内部的空气能被封闭起来。上述方法中，所使用的液态聚合物可为常温处于液态且可通过热固化或光固化的方法实现固化的材料，也可为热塑性材料，即在温度较高的情况下材料具有一定的流动和变形性能，对热塑性材料需要在操作时将所使用的模板、聚合物的温度升高至热塑性材料的熔化温度以上10 30° C。上述方法中，液态聚合物盛放在一开ロ的容器中，液体聚合物的厚度为0. 5 10mm，根据对最终超疏油表面的厚度要求进行确定，使聚合物厚度等于所要求的超疏油表面的厚度。上述方法中，将模板覆盖液态聚合物表面的方式是首先在液体聚合物中投放三个一定厚度的定位块，使定位块的上表面与聚合物液面处于同一平面上，将孔阵列模板放置于这三个定位块上，且带有孔阵列的一面朝下。上述方法中，孔阵列模板不能完全覆盖聚合物液面，以利于后续的抽真空处理，使液面的压强与真空压强相等。上述方法中，将容器放入真空干燥箱后对其进行抽真空后，液面的压强与真空压强相等，而孔阵列模板上的孔内部残留的空气具有一定压强，这使得孔内部的液面存在一定的压强差，从而使液面发生变形。上述方法中，孔内部的液面两侧的压强差为A P = Pin-Pvaeuum，其中Pin为孔内部的气体压強，Pva。■为真空压强，通过真空干燥箱进行设定，为了构造出二次凹槽结构，对于模
板上的结构为圆孔阵列的情况，真空压强需要满足
权利要求
1.一种制备超疏油表面的气体辅助成形法，其特征是包括以下步骤(1)将液态聚合物盛于容器中，将孔类模板覆盖在液态聚合物表面并固定其位置，让部分液体聚合物的表面暴露在外，(2)将容器送入真空干燥箱中抽真空，使被限制在液态聚合物和模板孔间的空气在压强差下膨胀，形成球冠状的孔阵列，此时对聚合物进行固化处理即可实现二次凹槽结构的制备。
2.根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述的模板为孔阵列模板或槽阵列模板，模板带孔或槽的一面与液体聚合物接触时其内部的空气能被封闭起来。
3.根据权利要求1所述方法，其特征在于，所使用的液态聚合物为常温处于液态且可通过热固化或光固化的方法实现固化的材料；或者时热塑性材料。
4.根据权利要求1所述方法，其特征在于，液态聚合物盛放在一开口的容器中，液体聚合物的厚度为O. 5^10 mm。
5.根据权利要求1所述方法，其特征在于，将模板覆盖液态聚合物表面的方式是首先在液体聚合物中投放三个一定厚度的定位块，使定位块的上表面与聚合物液面处于同一平面上，将孔阵列模板放置于这三个定位块上，且带有孔阵列的一面朝下。
全文摘要
本发明涉及功能表面制备技术领域，特指一种制备超疏油表面的气体辅助成形法，其适用于聚合物超疏油表面的制备，尤其适用于简易条件下的超疏油表面的制备。该方法是将液态聚合物盛于容器中，将孔类模板覆盖在液态聚合物表面并固定其位置，让部分液体聚合物的表面暴露在外，再将容器送入真空干燥箱中抽真空，使被限制在液态聚合物和模板孔间的空气在压强差下膨胀，形成球冠状的孔阵列，此时对聚合物进行固化处理即可实现二次凹槽结构的制备。本发明所需的设备简单，可在简易条件下实现超疏油表面的制备，制备成本低，容易批量制备。
文档编号B81C1/00GK103030099SQ20121056981
公开日2013年4月10日 申请日期2012年12月25日 优先权日2012年12月25日
发明者李健 申请人:江苏大学