本發(fā)明屬于材料表面改性領(lǐng)域，涉及一種結(jié)合波狀與化學(xué)梯度的表面制備方法。

背景技術(shù)：

潤(rùn)濕性梯度表面是一種組分、結(jié)構(gòu)和潤(rùn)濕性等隨空間連續(xù)變化或者階梯變化的高性能表面，在對(duì)液體的潤(rùn)濕性能發(fā)生梯度變化的材料表面上，液體在梯度方向受到的表面張力不相等，導(dǎo)致液體存在由低表面能處向高表面能處自動(dòng)流動(dòng)的趨勢(shì)和能力。因而潤(rùn)濕性梯度表面在生物相容性、診斷學(xué)、納米摩擦學(xué)、微流體、液體自運(yùn)輸?shù)阮I(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用，尤其在液滴和微流體移(流)動(dòng)以及強(qiáng)化氣相滴狀凝結(jié)換熱過(guò)程和微熱管散熱性能方面有重要的應(yīng)用。

目前，潤(rùn)濕梯度表面的制備方式主要可分為兩種，即控制表面化學(xué)組成和改變表面微觀形貌，通過(guò)這兩種制備的單一梯度的潤(rùn)濕性表面的存在很多問(wèn)題，性能有待提升，比如無(wú)法實(shí)現(xiàn)精確定向潤(rùn)濕的控制。因此將控制表面的化學(xué)組成與改變表面微觀結(jié)構(gòu)相結(jié)合，從而制備出高性能的潤(rùn)濕性梯度表面是十分必要的，而目前市場(chǎng)上還沒(méi)有一種簡(jiǎn)單有效的制備方法，針對(duì)此現(xiàn)狀，本發(fā)明提出了一種波狀與化學(xué)梯度相結(jié)合的潤(rùn)濕性梯度表面的制備方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了解決上述問(wèn)題，本發(fā)明提供一種結(jié)合波狀與化學(xué)梯度的表面制備方法，從而控制液滴的狀態(tài)和定向鋪展，簡(jiǎn)化制備流程、降低成本、提高效率、易于控制，并實(shí)現(xiàn)了化學(xué)梯度的波狀軟基底結(jié)構(gòu)。

為此本發(fā)明采用如下的技術(shù)方案：

一種結(jié)合波狀與化學(xué)梯度的表面制備方法，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(zhǎng)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(duì)硅模板進(jìn)行加工處理；選用的基底為玻璃基底，并對(duì)其進(jìn)行預(yù)清洗，即將玻璃基底依次在丙酮、無(wú)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(jìn)行干燥處理；

步驟（3）旋涂涂覆液；將處理好的掩模板緊密貼合在預(yù)清洗后的玻璃基底表面上；將步驟（1）制備的涂覆液通過(guò)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(jī)主軸轉(zhuǎn)速為8000rad/min，旋涂時(shí)長(zhǎng)為20s，之后將旋涂有涂覆液的掩模板以溫度為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(zhǔn)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）制得的掩模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℃的烘箱中處理2個(gè)小時(shí)；之后將玻璃基底與掩模板揭下，復(fù)制了掩模板梯度結(jié)構(gòu)的涂覆液薄膜便與vhb膠帶緊密貼合；最后釋放對(duì)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）制備遮擋板：使用三維繪圖軟件繪制出一個(gè)等邊梯形，梯形上短邊長(zhǎng)25mm，下長(zhǎng)邊長(zhǎng)82.8mm，高50mm，兩腰長(zhǎng)115mm且與上下邊夾角分別為120°和60°，取一厚度0.3mm、尺寸與上述等邊梯形相同的銅片，將銅片沿梯形的高折疊使之夾角呈90°，即折成一楔形的遮擋板；

步驟（6）制備化學(xué)梯度與柔性波狀結(jié)構(gòu)相結(jié)合的表面：將步驟（5）制得的遮擋板的三角形長(zhǎng)邊處覆蓋在步驟（4）制備的具有柔性波狀結(jié)構(gòu)表面上，并控制遮擋板斜面與柔性波狀結(jié)構(gòu)表面的夾角在15°-60°間，將其放置在等離子表面處理機(jī)中處理60min后取出，將遮擋板移去后即得到化學(xué)梯度與柔性波狀結(jié)構(gòu)相結(jié)合的表面。

根據(jù)本發(fā)明所述的制備方法制備的柔性波狀化學(xué)梯度微結(jié)構(gòu)表面，制備采用柔性材料，利用柔性材料兩側(cè)受力方向產(chǎn)生波狀結(jié)構(gòu)以提高液滴兩側(cè)運(yùn)動(dòng)壁壘，并利用等離子處理獲得化學(xué)梯度微結(jié)構(gòu)表面以促使液滴單向鋪展，所述的波狀結(jié)構(gòu)側(cè)面約為三角函數(shù)類(lèi)型。

本發(fā)明的有益效果是：

1）提出了一種化學(xué)梯度與波狀結(jié)構(gòu)相結(jié)合新的表面微結(jié)構(gòu)的制備方法，一級(jí)微結(jié)構(gòu)的制備采用柔性材料制取波狀結(jié)構(gòu)表面，采用等離子處理獲得表面的化學(xué)梯度，為微流控芯片的制取提供了一種新的思路；

2）制備方法簡(jiǎn)單經(jīng)濟(jì)可靠。

附圖說(shuō)明

圖1為柔性波狀微結(jié)構(gòu)表面制備方法示意圖，其中標(biāo)號(hào)為：1-vhb膠帶，2-涂覆液的薄膜，3-掩模板，4-玻璃基底，5-波狀微表面結(jié)構(gòu)。

圖2為波狀微表面等離子處理示意圖，其中6-遮擋板。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明。

參照附圖。本實(shí)施例包括以下步驟：步驟（1）制備涂覆液：將5g聚二甲基硅氧烷溶液與0.5g交聯(lián)劑混合，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(zhǎng)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(duì)硅模板進(jìn)行加工處理；選用的基底為玻璃基底，并對(duì)其進(jìn)行預(yù)清洗，即將玻璃基底依次在丙酮、無(wú)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(jìn)行干燥處理；

步驟（3）旋涂涂覆液：將處理好的掩模板3緊密貼合在預(yù)清洗后的玻璃基底4表面上；將步驟（1）制備的涂覆液通過(guò)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(jī)主軸轉(zhuǎn)速為8000rad/min，旋涂時(shí)長(zhǎng)為20s，之后將旋涂有涂覆液的掩模板3以溫度為75℃干燥20min，從而在掩模板3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(zhǔn)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(gè)小時(shí)；之后將玻璃基底4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2便與vhb膠帶1緊密貼合；最后釋放對(duì)vhb膠帶1的拉力，緊貼在vhb膠帶1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)5；

步驟（5）制備遮擋板6：使用三維繪圖軟件繪制出一個(gè)等邊梯形，梯形上短邊長(zhǎng)25mm，下長(zhǎng)邊長(zhǎng)82.8mm，高50mm，兩腰長(zhǎng)115mm且與上下邊夾角分別為120°和60°，取一厚度0.3mm、尺寸與上述等邊梯形相同的銅片，將銅片沿梯形的高折疊使之夾角呈90°，即折成一楔形的遮擋板；

步驟（6）制備化學(xué)梯度與柔性波狀結(jié)構(gòu)相結(jié)合的表面：將步驟（5）制得的遮擋板的三角形長(zhǎng)邊處覆蓋在步驟（4）制備的具有柔性波狀結(jié)構(gòu)表面上，并控制遮擋板斜面與柔性波狀結(jié)構(gòu)表面的夾角在15°-60°間，將其放置在等離子表面處理機(jī)中處理60min后取出，將遮擋板移去后即得到化學(xué)梯度與柔性波狀結(jié)構(gòu)相結(jié)合的表面。

根據(jù)本實(shí)施例所述的制備方法制備的波狀潤(rùn)濕梯度表面，以vhb雙面膠膠帶為基底制備柔性波狀結(jié)構(gòu)，在柔性波狀結(jié)構(gòu)表面上放置楔形遮擋板，柔性波狀結(jié)構(gòu)經(jīng)過(guò)等離子處理，從而在柔性波狀結(jié)構(gòu)表面形成潤(rùn)濕梯度，制備出波狀潤(rùn)濕梯度表面于制備前測(cè)得液滴的本征接觸角，并與等離子化學(xué)處理后進(jìn)行比較，測(cè)得梯度等離子化學(xué)處理對(duì)微結(jié)構(gòu)潤(rùn)濕性的影響。

根據(jù)本實(shí)施例所述的制備方法制備的波狀微結(jié)構(gòu)表面與波狀潤(rùn)濕梯度表面，可獲得波形結(jié)構(gòu)對(duì)液滴定向鋪展的影響。