本發(fā)明涉及材料領域，尤其涉及一種具有多孔結構的可拉伸彈性體的制備方法。

背景技術：

隨著科技水平和生活水平的不斷提高，人體的運動狀態(tài)、呼吸狀況、體溫和血壓等各項身體和生理指標受到更多關注。基于這樣的需求和人體各部位對可拉伸特性的依賴，可拉伸材料成為檢測人體指標的重要材料然而，人體關節(jié)部位極大應變的特點對材料的可拉伸性提出了更大的挑戰(zhàn)。同時，在應變傳感領域，高應變拉伸的監(jiān)測也給襯底材料的可拉伸性能提出更高要求。由于具有很好的可拉伸性與生物兼容性，硅橡膠等彈性體被廣泛用作電子皮膚的襯底材料，但其拉伸性能受到材料固有特性的限制。

為了突破材料的固有性能對拉伸能力的限制，Park J.等提出了一種通過光刻法引入立體結構，分散應力的策略，從而達到超可拉伸的技術范圍。不過由于光刻成本，加工面積和光刻深度的限制，該方法很難用于低成本、大面積的超可拉伸材料的制備中。基于同樣的思路，Duan S.等也提出了利用3D打印技術制備立體彈性體的方案,但3D打印的尺寸(約200微米)也極大限制了彈性體的厚度。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的實施例提供了一種具有多孔結構的可拉伸彈性體的制備方法，制備方法具有極高的可控性。

所述具有多孔結構的彈性體的制備方法包括：

步驟一，獲取襯底；

步驟二，在所述襯底上制備預定厚度的薄膜，作為犧牲層；

步驟三，在所述犧牲層上制備微球陣列；

步驟四，將液態(tài)材料加入到所述微球陣列的間隙中，利用熱固化的方法，把所述液態(tài)材料固化成彈性體；

步驟五，通過化學方法從所述彈性體中去除所述微球陣列，并使所述彈性體與所述襯底分離，生成具有多孔結構的彈性體。

所述步驟三之后，所述步驟四之前，所述方法還包括：利用刻蝕的方法，去除局部區(qū)域的所述PS微球陣列；

所述步驟四具體為：將液態(tài)材料加入到去除局部區(qū)域的所述PS微球陣列的間隙中，再利用熱固化的方法，把所述液態(tài)材料固化成彈性體。

所述步驟三具體為：利用預設沉降位置的方法，制備具有圖形的微球陣列；

所述步驟四具體為：將液態(tài)材料加入到所述具有圖形的微球陣列的間隙中，再利用熱固化的方法，把所述液態(tài)材料固化成彈性體。

所述微球陣列中的微球為由聚合物組成。

所述微球陣列中的微球為由聚苯乙烯PS、或殼聚糖、或甲基丙烯酸環(huán)氧丙脂組成。

所述液態(tài)材料由具有從液態(tài)轉變到固態(tài)能力，且固態(tài)時具有可拉伸性能的聚合物材料組成。

所述聚合物材料為聚二甲基硅氧烷PDMS、Solaris硅橡膠。

所述襯底為由無機氧化物組成的襯底。可選的，所述襯底為玻璃襯底。

所述薄膜為由由高分子有機物材料組成。可選的，所述薄膜為聚苯乙烯薄膜。

由上述本發(fā)明的實施例提供的技術方案可以看出，本發(fā)明實施例中，多孔彈性體的孔隙大小可以通過微球的尺寸進行調(diào)控；多孔彈性體的面積可以通過微球排布的面積進行調(diào)控；多孔彈性體的厚度可以通過微球排布的厚度和所加PDMS的量進行調(diào)控。因此，多孔彈性體具有孔徑、厚度、面積等多尺度可控的特性，本發(fā)明所提供的制備方法具有極高的可控性。

本發(fā)明附加的方面和優(yōu)點將在下面的描述中部分給出，這些將從下面的描述中變得明顯，或通過本發(fā)明的實踐了解到。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實施例的技術方案，下面將對實施例描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動性的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發(fā)明的具有多孔結構的彈性體的制備方法的示意圖；

圖2為本發(fā)明的自組裝的微球陣列的側視圖；

圖3為本發(fā)明的微球陣列嵌入在彈性體中的側視圖；

圖4為本發(fā)明的多孔可拉伸彈性體的側視圖；

圖5A和圖5B分別為自組裝微球陣列和多孔彈性體表面的掃描電子顯微鏡的照片；

圖6為多孔彈性體圖形化設計的俯視圖。

具體實施方式

下面詳細描述本發(fā)明的實施方式，所述實施方式的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功 能的元件。下面通過參考附圖描述的實施方式是示例性的，僅用于解釋本發(fā)明，而不能解釋為對本發(fā)明的限制。

為便于對本發(fā)明實施例的理解，下面將結合附圖以幾個具體實施例為例做進一步的解釋說明，且各個實施例并不構成對本發(fā)明實施例的限定。

以下結合圖1-圖6進行描述。

如圖1所示，為本發(fā)明所述的具有多孔結構的彈性體的制備方法，所述方法包括：

步驟11，獲取襯底3；

步驟12，在所述襯底3上制備預定厚度的薄膜，作為犧牲層2；

步驟13，在所述犧牲層2上制備微球陣列1；

步驟14，將液態(tài)材料加入到所述微球陣列1的間隙中，利用熱固化的方法，把所述液態(tài)材料固化成彈性體4；

步驟15，通過化學方法從所述彈性體4中去除所述微球陣列1，并使所述彈性體4與所述襯底3分離，生成具有多孔結構的彈性體4。

可選的，所述步驟13之后，所述步驟14之前，所述方法還包括：利用刻蝕的方法，去除局部區(qū)域的所述PS微球陣列；

相應的，所述步驟4具體為：將液態(tài)材料加入到去除局部區(qū)域的所述PS微球陣列的間隙中，再利用熱固化的方法，把所述液態(tài)材料固化成彈性體。

可選的，所述步驟13具體為：利用預設沉降位置的方法，制備具有圖形的微球陣列；

相應的，所述步驟14具體為：將液態(tài)材料加入到所述具有圖形的微球陣列的間隙中，再利用熱固化的方法，把所述液態(tài)材料固化成彈性體。

所述微球陣列中的微球為為由聚合物組成。例如，由聚苯乙烯PS、或殼 聚糖、或甲基丙烯酸環(huán)氧丙脂組成。

所述液態(tài)材料由具有從液態(tài)轉變到固態(tài)能力，且固態(tài)時具有可拉伸性能的聚合物材料組成。

所述聚合物材料為聚二甲基硅氧烷PDMS、Solaris硅橡膠。

所述襯底為由無機氧化物組成的襯底。例如，所述襯底為玻璃襯底。

所述薄膜為由由高分子有機物材料組成。例如，所述薄膜為聚苯乙烯薄膜材料組成。

本發(fā)明具有以下有益效果：

(1)多孔彈性體的孔隙大小可以通過微球的尺寸進行調(diào)控；多孔彈性體的面積可以通過微球排布的面積進行調(diào)控；多孔彈性體的厚度可以通過微球排布的厚度和所加PDMS的量進行調(diào)控。因此，多孔彈性體具有孔徑、厚度、面積等多尺度可控的特性，本發(fā)明所提供的制備方法具有極高的可控性。

(2)本發(fā)明中的立體結構可以分散材料內(nèi)部應力，提升塊體材料的拉伸能力，從而在本發(fā)明中實現(xiàn)超可拉伸的特性。

(3)本發(fā)明提出的犧牲層技術，使彈性體和襯底的分離變得易操作。

以下描述本發(fā)明的另一實施例。

一種具有多孔結構的可拉伸彈性體的大面積制備方法，包括以下步驟：

步驟一，制備犧牲層及微球陣列。

其中，所述犧牲層是用來防止彈性體與襯底粘附，便于分離的犧牲材料。例如，在實施例中使用了聚苯乙烯薄膜，便于和聚苯乙烯微球同時溶解。

所述微球陣列是由微球通過物理方法自組裝而成的球體陣列。所述微球是通過化學或物理方法合成的、尺寸可調(diào)節(jié)的寫聚合物微球球體或類球體(尺寸可以在1nm至250μm范圍內(nèi)調(diào)節(jié))，材質(zhì)可以是：聚苯乙烯(PS)、 殼聚糖、甲基丙烯酸環(huán)氧丙脂等。所述自組裝法是指利用毛細作用力、分子作用力等原理使微球進行自排列形成單層或多層陣列的方法，包括：固-液界面的自組裝、自然沉降法自組裝、提拉法自組裝等多種方法。由于自組裝工藝的進步，通過該過程制備的微球陣列具有排布規(guī)則、面積可控的特點。所述的面積可控是指可以根據(jù)需要人為地增加或減小排布的面積，面積范圍在平方毫米到平方米的范圍內(nèi)變化。通過自組裝方法獲得的微球陣列通常情況下具有六方最密堆積的結構，每個球體之間會有一定的孔隙，這些孔隙會在負壓中被有機物填充。

步驟二，注入彈性體。所述彈性體的注入是通過負壓法使未固化的液態(tài)有機物材料加入到微球陣列孔隙，而后進行固化成為彈性體的過程。所述彈性體是具有從液態(tài)轉變到固態(tài)能力，且固態(tài)時具有可拉伸性能的聚合物材料，比如：聚二甲基硅氧烷(PDMS)，Solaris硅橡膠等。所述負壓法是指液態(tài)有機物覆蓋在微球陣列表面上，而后置入真空環(huán)境中(氣壓小于10Pa)。微球陣列中的氣體會由于壓力差逸散出來，液態(tài)有機物則反向進入微球陣列的間隙中，從而形成有機物包裹微球陣列的立體結構。

步驟三，去除犧牲微球陣列。所述的去除犧牲微球陣列是通過有機溶劑去除微球的過程。所述有機溶劑是可以選擇性去除微球的有機溶劑，比如：丙酮，乙醚等。液態(tài)有機物固化后，去除微球后的彈性體具有規(guī)則的空間立體結構，該結構與微球陣列互補。

上述實施例中，可拉伸彈性體的厚度包括兩個部分：第一，具有立體結構部分厚度；第二，不具有立體結構部分厚度。第一部分可以通過微球陣列自組裝的層數(shù)進行控制，一般意義上，該部分厚度最小可以為1μm。第二部分可以通過旋涂法或稱量法來控制，通常可以在3μm以上可控。兩部分厚度的相對比例也可以通過控制，整個彈性體的厚度在4μm以上可控。

另外，可以通過圖形化的方法，在微球陣列上制備無微球區(qū)域，或通過 局部法在所需區(qū)域制備微球陣列，實現(xiàn)多孔結構的圖形化及局域設計。

以下為本發(fā)明的另一實施例。

如圖2至4所示，表示了包括微球1、犧牲層2，襯底3與彈性體4組成制備多孔彈性體的過程。本實施例中，微球1可以為聚苯乙烯微球(3微米，圖5A)，犧牲層2可以為聚苯乙烯薄膜，襯底3可以為玻璃襯底，彈性體可以4為PDMS。

加工流程包括：

步驟一，如圖2所示，準備特定大小的玻璃片3，在玻璃片3上制備特定厚度的PS薄膜2作為犧牲層和通過自然沉降法制備PS微球陣列3。圖1中作為示意，只畫了四層PS微球。實際情況下，微球?qū)訑?shù)可以通過改變所加微球分散液質(zhì)量或濃度的方法人為調(diào)控。

步驟二，如圖3所示，通過負壓法把液態(tài)PDMS(基液和交聯(lián)液是道康寧184的配方)加入到PS陣列間隙中，再利用熱固化的方法把PDMS固化成彈性體4。

步驟三，如圖4所示，通過化學方法去除PS球陣列，同時使PDMS彈性體與襯底分離。去除PS球陣列后，原本PS球所處位置成為氣態(tài)空腔(5)。由于該實例中犧牲層和微球陣列都是使用了聚苯乙烯材質(zhì)，因而可以通過有機溶劑(如：丙酮)一并去除。從而獲得了如圖4所示的多孔彈性體。

如圖5A和圖5B所示，依次為上述加工過程中的PS球陣列的表面結構6和去除PS球后多孔PDMS的表面結構7。

可選的，在注入液態(tài)PDMS之前，利用氧等離子體刻蝕等方法可以制備局部區(qū)域的PS陣列，也可以利用預設沉降位置的方法直接制備具有圖形的PS陣列，如圖6所示，可對最終PDMS表面的多孔結構進行圖形化設計，從而實現(xiàn)調(diào)控整塊彈性體拉伸性能的目的。

以上所述，僅為本發(fā)明較佳的具體實施方式，但本發(fā)明的保護范圍并不 局限于此，任何熟悉本技術領域的技術人員在本發(fā)明揭露的技術范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護范圍應該以權利要求的保護范圍為準。