本發明屬于材料表面改性領域，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：

潤濕性能是固體表面的固有性質之一，主要與固體表面化學性質和表面微觀幾何結構兩個因素相關，其對材料在液體傳輸、霧氣收集、防腐蝕等領域具有重要的影響。潤濕性的調控是指在外部條件的刺激下，潤濕特性發生的可逆轉變。現有技術下，使潤濕特性發生可逆轉變的外部條件主要包括力學方法、光學方法、電場方法、熱和化學方法等。

如雷勝教授等人在中國科學材料（sciencechinamaterials）第59卷第5期上發表的題為“銀表面超疏水性與超親水性的可逆轉變研究”（reversiblewettabilitybetweensuperhydrophobicityandsuperhydrophilicityofagsurface）的論文，文中記載了通過重復紫外光照射和熱處理過程,鍍銀表面可以實現超疏水和超親水之間的多次轉換；鐘敏霖教授等人在elsevier膠體與界面科學（journalofcolloidandinterfacescience）發表的題為“超親水性對皮秒激光微結構鋁在環境空氣中的超疏水性轉變”（superhydrophilicitytosuperhydrophobicitytransitionofpicosecondlasermicrostructuredaluminuminambientair）的論文，文中探索了皮秒激光微結構鋁表面從超親水性質的過渡到超疏水性在環境條件下的機制；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期上發表的題名為“超疏水和超親水之間轉變的多重響應表面(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控的過程。

現有技術的不足是：實現反復調控比較復雜，而且不能同時具備多種調控方式，不太適用于微流體系統以后潤濕性的研究與調節。

技術實現要素：

為了解決上述問題，本發明提供一種液體潤濕性能可控的表面制備方法，進而實現表面潤濕性能的調控，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聚物與交聯劑以質量為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構的排布圖，所述凹槽結構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構的排布圖為參照，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為1次，所用旋涂機主軸轉速為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）制備柔性波狀結構：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，復制了硅模板梯度結構的涂覆液薄膜便與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生波狀微表面結構；

步驟（5）潤濕性能的調控：潤濕性能的調控分為兩種，一是在步驟（4）中控制vhb膠帶拉伸的應變量，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控制潤濕性能；二是對于形成的柔性波形多級微結構再次拉伸，控制液滴潤濕性能。

根據本發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控制實現潤濕性能的控制，既可在步驟（4）中控制基底vhb的拉伸應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控實現潤濕性能的改變。

本發明的有益效果是：

1）利用機械力學方法，可精確控制表面的微觀結構，從而實現了表面潤濕性調控，調控效果明顯；

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

3）在微流體研究中，可實現液滴wenzel狀態和cassie-baxter狀態的轉換，這對于液滴狀態的控制至關重要。

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-柔性波形多級微結構。

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

具體實施方式

下面結合附圖進一步說明本發明。

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聚物與交聯劑以質量為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構的排布圖，所述凹槽結構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構的排布圖為參照，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為1次，所用旋涂機主軸轉速為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）制備柔性波狀結構：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，復制了掩模板3梯度結構的涂覆液薄膜便與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生柔性波形多級微結構5；

步驟（5）潤濕性能的調控：潤濕性能的調控分為兩種，一是在步驟（4）中控制vhb膠帶拉伸的應變量，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控制潤濕性能，多級微結構本征接觸角的變化范圍約為136°至170°，一級微結構本征接觸角的范圍約為124°至162°并且均可實現wenzel狀態和cassie-baxter潤濕狀態的過度轉換；二是對于形成的柔性波形多級微結構再次拉伸，控制液滴潤濕性能。對于兩種調控，都可控制拉伸應變量（如30%、50%、70%或者更加詳細）采集研究液滴接觸角即存在狀態，建立與應變量相對應的數據并進行研究與運用。

本說明書實施例所述的內容僅僅是對發明構想的實現形式的列舉，本發明的保護范圍不應當被視為僅限于實施例所陳述的具體形式，本發明的保護范圍也包括本領域技術人員根據本發明構思所能夠想到的等同技術手段。