本發(fā)明屬于材料表面改性領(lǐng)域，尤其涉及一種液體潤濕性能可控的表面制備方法。

背景技術(shù)：

潤濕性能是固體表面的固有性質(zhì)之一，主要與固體表面化學(xué)性質(zhì)和表面微觀幾何結(jié)構(gòu)兩個因素相關(guān)，其對材料在液體傳輸、霧氣收集、防腐蝕等領(lǐng)域具有重要的影響。潤濕性的調(diào)控是指在外部條件的刺激下，潤濕特性發(fā)生的可逆轉(zhuǎn)變?，F(xiàn)有技術(shù)下，使?jié)櫇裉匦园l(fā)生可逆轉(zhuǎn)變的外部條件主要包括力學(xué)方法、光學(xué)方法、電場方法、熱和化學(xué)方法等。

如雷勝教授等人在中國科學(xué)材料（sciencechinamaterials）第59卷第5期上發(fā)表的題為“銀表面超疏水性與超親水性的可逆轉(zhuǎn)變研究”（reversiblewettabilitybetweensuperhydrophobicityandsuperhydrophilicityofagsurface）的論文，文中記載了通過重復(fù)紫外光照射和熱處理過程,鍍銀表面可以實現(xiàn)超疏水和超親水之間的多次轉(zhuǎn)換；鐘敏霖教授等人在elsevier膠體與界面科學(xué)（journalofcolloidandinterfacescience）發(fā)表的題為“超親水性對皮秒激光微結(jié)構(gòu)鋁在環(huán)境空氣中的超疏水性轉(zhuǎn)變”（superhydrophilicitytosuperhydrophobicitytransitionofpicosecondlasermicrostructuredaluminuminambientair）的論文，文中探索了皮秒激光微結(jié)構(gòu)鋁表面從超親水性質(zhì)的過渡到超疏水性在環(huán)境條件下的機制；中科院江雷院士課題組在德國期刊《先進材料(advancedmaterials)》第19卷第18期上發(fā)表的題名為“超疏水和超親水之間轉(zhuǎn)變的多重響應(yīng)表面(multiresponsivesurfaceschangebetweensuperhydrophilicityandsuperhydrophobicity)”的論文，文中記載了使用溫度和ph值對表面潤濕性進行調(diào)控的過程。

現(xiàn)有技術(shù)的不足是：實現(xiàn)反復(fù)調(diào)控比較復(fù)雜，而且不能同時具備多種調(diào)控方式，不太適用于微流體系統(tǒng)以后潤濕性的研究與調(diào)節(jié)。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了解決上述問題，本發(fā)明提供一種液體潤濕性能可控的表面制備方法，進而實現(xiàn)表面潤濕性能的調(diào)控，并且其制備簡單，操作方便，易于加工，成本低廉。

為此采用如下的技術(shù)方案：

一種液體潤濕性能可控的表面制備方法，其特征在于包括以下步驟：

步驟（1）制備涂覆液：將聚二甲基硅氧烷的預(yù)聚物與交聯(lián)劑以質(zhì)量為10:1的比例混合攪拌均勻，之后放置在真空干燥箱中用真空泵抽取20min，去除溶液中的氣泡，制得聚二甲基硅氧烷的涂覆液；

步驟（2）制備掩模板：取一片長50mm、寬25mm、厚1mm的硅模板，利用三維繪圖軟件繪制出凹槽結(jié)構(gòu)的排布圖，所述凹槽結(jié)構(gòu)的排布圖是在模板正面以單元凹槽陣列，單元凹槽寬為10μm、深為40μm，凹槽間間距為10μm，；然后以繪制的凹槽結(jié)構(gòu)的排布圖為參照，對硅模板進行加工處理；選用的基底為玻璃基底，并對其進行預(yù)清洗，即將玻璃基底依次在丙酮、無水酒精、去離子水中超聲10~20min，超聲頻率為50~100hz，之后用水洗凈并進行干燥處理；

步驟（3）旋涂涂覆液：將處理好的硅模板緊密貼合在預(yù)清洗后的玻璃基底表面上；將步驟（1）制備的涂覆液通過旋涂的方式均勻覆蓋在掩模板表面，具體旋涂方式的旋涂次數(shù)為1次，所用旋涂機主軸轉(zhuǎn)速為8000rad/min，旋涂時長為20s，之后將旋涂有涂覆液的模板以溫度為75℃干燥20min，從而在掩模板表面上形成涂覆液的薄膜；

步驟（4）制備柔性波狀結(jié)構(gòu)：準備厚度為1mm、寬為25mm的vhb膠帶，先將vhb膠帶拉伸，并維持50%的應(yīng)變量，然后將步驟（3）制得的掩蓋板旋涂有涂覆液薄膜的一面與拉伸后的vhb膠帶緊密貼合，在溫度為80℃-90℃的烘箱中處理2個小時；之后將玻璃基底與硅模板揭下，復(fù)制了硅模板梯度結(jié)構(gòu)的涂覆液薄膜便與vhb膠帶緊密貼合；最后釋放對vhb膠帶的拉力，緊貼在vhb膠帶表面上的聚二甲基硅氧烷薄膜便由于收縮力在其表面上產(chǎn)生波狀微表面結(jié)構(gòu)；

步驟（5）潤濕性能的調(diào)控：潤濕性能的調(diào)控分為兩種，一是在步驟（4）中控制vhb膠帶拉伸的應(yīng)變量，從而控制柔性基底波形的幅值和頻率，進而控制液滴接觸狀態(tài)控制潤濕性能；二是對于形成的柔性波形多級微結(jié)構(gòu)再次拉伸，控制液滴潤濕性能。

根據(jù)本發(fā)明所述的制備方法制備的液體潤濕性能可控的表面，其特征在于：可以通過簡單的力學(xué)控制實現(xiàn)潤濕性能的控制，既可在步驟（4）中控制基底vhb的拉伸應(yīng)變量控制波形表面的幅值和頻率，也可對波形表面進行原位拉伸調(diào)控實現(xiàn)潤濕性能的改變。

本發(fā)明的有益效果是：

1）利用機械力學(xué)方法，可精確控制表面的微觀結(jié)構(gòu)，從而實現(xiàn)了表面潤濕性調(diào)控，調(diào)控效果明顯；

2）實驗方案易于實現(xiàn)，并可進行加工調(diào)控和原位調(diào)控兩種調(diào)控，適用于實驗研究和現(xiàn)實生產(chǎn)控制；

3）在微流體研究中，可實現(xiàn)液滴wenzel狀態(tài)和cassie-baxter狀態(tài)的轉(zhuǎn)換，這對于液滴狀態(tài)的控制至關(guān)重要。

附圖說明

圖1為液體潤濕性能可控表面的制備方法示意圖，其中標號為：1-vhb膠帶，2-涂覆液的薄膜，3-掩模板，4-玻璃基底，5-柔性波形多級微結(jié)構(gòu)。

圖2為不同應(yīng)變量下（制備）液滴潤濕狀態(tài)圖，其中：y軸為液滴在波形表面的接觸角；x軸是vhb的應(yīng)變量；θ0為液滴在此材料的本征接觸角；w、cb是液滴在微結(jié)構(gòu)表面的兩種潤濕狀態(tài)形式，w是指wenzel潤濕狀態(tài)，cb是指cassie-baxter潤濕狀態(tài)，w-cb指液滴在二級與一級微結(jié)構(gòu)上分別處于wenzel狀態(tài)、cassie-baxter狀態(tài)；w-w指液滴在二級與一級微結(jié)構(gòu)上均處于wenzel狀態(tài)；cb-cb指液滴在二級與一級微結(jié)構(gòu)上均別處于cassie-baxter狀態(tài)；cb-w指液滴在二級與一級微結(jié)構(gòu)上分別處于cassie-baxter狀態(tài)、wenzel狀態(tài)。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖進一步說明本發(fā)明。

參照附圖。本實施例包括以下步驟：步驟（1）制備涂覆液：將聚二甲基硅氧烷的預(yù)聚物與交聯(lián)劑以質(zhì)量為10:1的比例混合攪拌均勻，之后放置在真空干燥箱中用真空泵抽取20min，去除溶液中的氣泡，制得聚二甲基硅氧烷的涂覆液；

步驟（2）制備掩模板：取一片長50mm、寬25mm、厚1mm的硅模板，利用三維繪圖軟件繪制出凹槽結(jié)構(gòu)的排布圖，所述凹槽結(jié)構(gòu)的排布圖是在模板正面以單元凹槽陣列，單元凹槽寬為10μm、深為40μm，凹槽間間距為10μm，；然后以繪制的凹槽結(jié)構(gòu)的排布圖為參照，對硅模板進行加工處理；選用的基底為玻璃基底4，并對其進行預(yù)清洗，即將玻璃基底依次在丙酮、無水酒精、去離子水中超聲10~20min，超聲頻率為50~100hz，之后用水洗凈并進行干燥處理；

步驟（3）旋涂涂覆液：將處理好的硅模板緊密貼合在預(yù)清洗后的玻璃基底表面上；將步驟（1）制備的涂覆液通過旋涂的方式均勻覆蓋在掩模板3表面，具體旋涂方式的旋涂次數(shù)為1次，所用旋涂機主軸轉(zhuǎn)速為8000rad/min，旋涂時長為20s，之后將旋涂有涂覆液的掩模板3以溫度為75℃干燥20min，從而在硅模板表面上形成涂覆液的薄膜2；

步驟（4）制備柔性波狀結(jié)構(gòu)：準備厚度為1mm、寬為25mm的vhb膠帶1，先將vhb膠帶拉伸，并維持50%的應(yīng)變量，然后將步驟（3）制得的掩模板3旋涂有涂覆液薄膜的一面與拉伸后的vhb膠帶緊密貼合，在溫度為80℃的烘箱中處理2個小時；之后將玻璃基底與掩模板3揭下，復(fù)制了掩模板3梯度結(jié)構(gòu)的涂覆液薄膜便與vhb膠帶緊密貼合；最后釋放對vhb膠帶的拉力，緊貼在vhb膠帶表面上的聚二甲基硅氧烷薄膜便由于收縮力在其表面上產(chǎn)生柔性波形多級微結(jié)構(gòu)5；

步驟（5）潤濕性能的調(diào)控：潤濕性能的調(diào)控分為兩種，一是在步驟（4）中控制vhb膠帶拉伸的應(yīng)變量，從而控制柔性基底波形的幅值和頻率，進而控制液滴接觸狀態(tài)控制潤濕性能，多級微結(jié)構(gòu)本征接觸角的變化范圍約為136°至170°，一級微結(jié)構(gòu)本征接觸角的范圍約為124°至162°并且均可實現(xiàn)wenzel狀態(tài)和cassie-baxter潤濕狀態(tài)的過度轉(zhuǎn)換；二是對于形成的柔性波形多級微結(jié)構(gòu)再次拉伸，控制液滴潤濕性能。對于兩種調(diào)控，都可控制拉伸應(yīng)變量（如30%、50%、70%或者更加詳細）采集研究液滴接觸角即存在狀態(tài)，建立與應(yīng)變量相對應(yīng)的數(shù)據(jù)并進行研究與運用。

本說明書實施例所述的內(nèi)容僅僅是對發(fā)明構(gòu)想的實現(xiàn)形式的列舉，本發(fā)明的保護范圍不應(yīng)當被視為僅限于實施例所陳述的具體形式，本發(fā)明的保護范圍也包括本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思所能夠想到的等同技術(shù)手段。