一种仿蜉蝣稚虫复眼结构的亲水防雾表面的制备方法技术

本发明专利技术涉及一种仿蜉蝣稚虫复眼结构的亲水防雾表面的制备方法，属于防雾表面和亲水材料制备领域。该亲水防雾表面的制备结合了一种紫外光刻和溶胶‑凝胶法。首先以SU‑8 2005光刻胶为基材，采用紫外光刻工艺制备出类似碗状阵列结构的负模板，且该负模板可以重复使用，降低了生产成本，然后以SiO2为结构材料，复制得到一种仿蜉蝣稚虫复眼结构的亲水防雾表面。蜉蝣稚虫复眼是微米尺度亲水防雾功能表面，不同于微纳复合结构的蚊子复眼，因此制备起来相对简单，并且结构不易破坏，通过对其微观结构进行表征和仿制进而获得微米尺度亲水防雾功能，该方法制备出的防雾表面表现出了不错的透过率、亲水性和防雾性能。

A hydrophilic imitation of mayfly nymphs ommateum structure preparation method of anti fog surface

The invention relates to a hydrophilic imitation of mayfly nymphs ommateum structure preparation method of surface anti fog, anti fog and hydrophilic surface belongs to the field of material preparation. The Hydrophilic Antifogging surface preparation combined with a UV lithography and sol gel method. Firstly the SU 8 2005 photoresist as substrate by UV lithography process for preparing negative template similar bowl shaped array structure, and the negative template can be used repeatedly, reducing production cost, and then to SiO2 as structural material, obtained a copy of hydrophilic imitation mayfly nymphs compound eye structure anti fog surface. Mayfly nymphs compound eye is micron scale Hydrophilic Antifogging function surface, different from the micro nano composite structure and the preparation of mosquito eyes, it is relatively simple, and the structure is not easy to damage, through characterization and imitation on the microstructure and micro scale Hydrophilic Antifogging function, the preparation method of the anti fog surface show good transmittance, hydrophilicity and anti fogging properties.

【技术实现步骤摘要】
一种仿蜉蝣稚虫复眼结构的亲水防雾表面的制备方法
本专利技术涉及一种仿蜉蝣稚虫复眼结构的亲水防雾表面的制备方法，属于防雾表面和微纳米制造

技术介绍
亲水性是指对水有很大的亲和能力，可以吸引水分子。如果液滴扩散，润湿较大面积，接触角小于90度，则称表面是亲水性的。超亲水表面一般是指与水的接触角接近0度，它能够让液滴迅速铺展形成一层水膜，从而减少光的散射，使表面保持不错的透过率，实现更好的防雾效果。自然界的生物为了适应周围的环境，经过亿万年的进化，使得一些生物拥有了近乎完美的表面结构，展现了迷人的表面润湿性。目前发现的蚊子、苍蝇复眼防雾表面皆为微纳米复合结构，表现了优异的疏水防雾性能，但制备难度大，不利于大面积加工制备。生活在水边雾气环境中的蜉蝣稚虫复眼，不仅拥有简单的微米级结构，而且具有优异的亲水防雾功能。本文所制备的一种仿蜉蝣稚虫复眼结构的亲水防雾表面，应用于超亲水、自清洁、抗反射、机械润滑、微流体等领域，并且能够批量生产。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种仿蜉蝣稚虫复眼结构的亲水防雾表面的制备方法。针对目前亲水防雾材料的生产制备主要通过以下两种途径：一是在材料表面涂抹防雾涂料、试剂或粘贴防雾薄膜，利用这种涂料或薄膜的亲水性达到防雾的效果，但是由于成分是有机物所以结构不稳定、成分容易流失，有些易挥发的防雾剂甚至污染环境，威胁生命健康；二是采用加热的方法，使物体表面升温，减小物体与空气中水汽之间的温差，从而防止雾的产生，但是此方法需要外带加热设备、装置体积大、维持时间短，适用范围有限。本专利技术提出了一种仿蜉蝣稚虫复眼结构的亲水防雾表面的制备方法，该方法所制备的防雾表面不仅结构简单而且不需要外带设备。本专利技术的制备方法包括以下步骤：该方法结合了一种紫外光刻和溶胶-凝胶法,以SU-82005光刻胶为基材。一、玻璃基底的清洁：首先，为了提高光刻胶对玻璃基底的附着以及得到更平整的膜；将玻璃基底在丙酮里超声震洗10min，去除玻璃基底表面的有机物；其次将玻璃基底在无水乙醇里超声震洗10min，去除将玻璃基底表面残余的丙酮；接着将玻璃基底在去离子水中震洗10min，去除将玻璃基底表面的无机物；然后将将玻璃基底放在200℃的加热台上烘烤10min，用来增加光刻胶与将玻璃基底表面附着力。二、前躯体溶液的配制：将100ml的水和1ml的浓盐酸混合均匀，然后取7.2ml配好的盐酸溶液与22.4ml的TEOS(正硅酸乙酯)投入到密闭容器中，室温下通过磁力搅拌器搅拌反应30-40min，直到溶液透明无浑浊，得到前躯体溶液；三、负模板的制备：1)、掩模板的设计：根据蜉蝣稚虫复眼单个小眼的尺寸与分布，设计了一种如图2所示的圆孔阵列掩模板，其单个圆孔的直径是15um，并且圆孔之间的间隔是16um，由于蜉蝣稚虫复眼单个小眼的高度为6um，经过精确的计算与反复的实验，得出光刻胶的旋涂厚度为7um。2)、光刻胶的涂覆：在玻璃基底上涂覆SU-82005光刻胶。SU-82005光刻胶的涂覆参数：台式匀胶机转速设为2500-3500r/min,30s后放入热烘板中，在95℃下烘烤2-3min，然后玻璃基底自然冷却至室温；3)、紫外光光刻：利用紫外光光刻：如图2的掩模板在105-110mJ/cm2的紫外光源下垂直曝光5-8s，再次移入热烘板，在100℃下烘烤8-10min，冷却后的玻璃基底在显影中超声震洗30s，接着用异丙醇清洗10s，最后用氮气枪吹干玻璃基底表面，至此得到了光刻胶构成的类似碗状阵列结构的负模板，如图3所示。四、亲水防雾表面的形成：在负模板上覆盖一层洁净的玻璃片，将负模板和玻璃片的两端用夹子夹住，然后用移液管将前躯体溶液添加在负模板表面上，由于负模板和玻璃片之间存在毛细力，前躯体溶液能够自然地渗透到负模板的微结构中，随后将负模板放入120℃的干燥箱中加热固化1h，最后为了确保微结构的完整性，使用镊子小心地将夹子取下，从而得到一种以SiO2为结构材料的仿蜉蝣稚虫复眼结构的亲水防雾表面。本专利技术的有益效果是：1、该防雾表面的尺寸是微米尺度的，因此制备起来相对简单，并且结构不易破坏，同时紫外光刻制备出的负模板可以重复使用，降低了生产成本，十分有利于工业化大面积生产与应用。2、该方法制备出的防雾表面的透过率、亲水性和防雾性能相比以往有更好的效果，为材料表面润湿性的研究提供了新思路。附图说明图1是本专利技术一种仿蜉蝣稚虫复眼结构的亲水防雾表面的制备过程示意图。图2是本专利技术圆孔阵列掩模板的结构示意图。图3是本专利技术负模板的结构示意图。图4是本专利技术仿蜉蝣稚虫复眼结构的亲水防雾表面的结构示意图。图5是本专利技术制备的原子粒显微镜照片立体图。图6是本专利技术制备的原子粒显微镜照片俯视图。具体实施方式如图1和图4所示，本专利技术的制备方法包括以下步骤：该方法结合了一种紫外光刻和溶胶-凝胶法,以SU-82005光刻胶为基材。一、玻璃基底的清洁：首先，为了提高光刻胶对玻璃基底的附着以及得到更平整的膜；将玻璃基底在丙酮里超声震洗10min，去除玻璃基底表面的有机物；其次将玻璃基底在无水乙醇里超声震洗10min，去除将玻璃基底表面残余的丙酮；接着将玻璃基底在去离子水中震洗10min，去除将玻璃基底表面的无机物；然后将将玻璃基底放在200℃的加热台上烘烤10min，用来增加光刻胶与将玻璃基底表面附着力。二、前躯体溶液的配制：将100ml的水和1ml的浓盐酸混合均匀，然后取7.2ml配好的盐酸溶液与22.4ml的TEOS(正硅酸乙酯)投入到密闭容器中，室温下通过磁力搅拌器搅拌反应30-40min，直到溶液透明无浑浊，得到前躯体溶液；三、负模板的制备：1)、掩模板的设计：根据蜉蝣稚虫复眼单个小眼的尺寸与分布，设计了一种如图2所示的圆孔阵列掩模板，其单个圆孔的直径是15um，并且圆孔之间的间隔是16um，由于蜉蝣稚虫复眼单个小眼的高度为6um，经过精确的计算与反复的实验，得出光刻胶的旋涂厚度为7um。2)、光刻胶的涂覆：在玻璃基底上涂覆SU-82005光刻胶。SU-82005光刻胶的涂覆参数：台式匀胶机转速设为2500-3500r/min,30s后放入热烘板中，在95℃下烘烤2-3min，然后玻璃基底自然冷却至室温；3)、紫外光光刻：利用紫外光光刻：如图2的掩模板在105-110mJ/cm2的紫外光源下垂直曝光5-8s，再次移入热烘板，在100℃下烘烤8-10min，冷却后的玻璃基底在显影中超声震洗30s，接着用异丙醇清洗10s，最后用氮气枪吹干玻璃基底表面，至此得到了光刻胶构成的类似碗状阵列结构的负模板，如图3所示。四、亲水防雾表面的形成：在负模板上覆盖一层洁净的玻璃片，将负模板和玻璃片的两端用夹子夹住，然后用移液管将前躯体溶液添加在负模板表面上，由于负模板和玻璃片之间存在毛细力，前躯体溶液能够自然地渗透到负模板的微结构中，随后将负模板放入120℃的干燥箱中加热固化1h，最后为了确保微结构的完整性，使用镊子小心地将夹子取下，从而得到一种以SiO2为结构材料的仿蜉蝣稚虫复眼结构的亲水防雾表面，如图5和图6为本专利技术制备的原子粒显微镜照片立体图和俯视图。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种仿蜉蝣稚虫复眼结构的亲水防雾表面的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：一、玻璃基底的清洁：首先，为了提高光刻胶对玻璃基底的附着以及得到更平整的膜；将玻璃基底在丙酮里超声震洗10min，去除玻璃基底表面的有机物；其次将玻璃基底在无水乙醇里超声震洗10min，去除将玻璃基底表面残余的丙酮；接着将玻璃基底在去离子水中震洗10min，去除将玻璃基底表面的无机物；然后将将玻璃基底放在200℃的加热台上烘烤10min，用来增加光刻胶与将玻璃基底表面附着力；二、前躯体溶液的配制：将100ml的水和1ml的浓盐酸混合均匀，然后取7.2ml配好的盐酸溶液与22.4ml的TEOS(正硅酸乙酯)投入到密闭容器中，室温下通过磁力搅拌器搅拌反应30‑40min，直到溶液透明无浑浊，得到前躯体溶液；三、负模板的制备：1)、掩模板的设计：根据蜉蝣稚虫复眼单个小眼的尺寸与分布，设计了一种圆孔阵列掩模板，其单个圆孔的直径是15um，并且圆孔之间的间隔是16um，由于蜉蝣稚虫复眼单个小眼的高度为6um，经过精确的计算与反复的实验，得出光刻胶的旋涂厚度为7um；2)、光刻胶的涂覆：在玻璃基底上涂覆SU‑8 2005光刻胶。SU‑8 2005光刻胶的涂覆参数：台式匀胶机转速设为2500‑3500r/min,30s后放入热烘板中，在95℃下烘烤2‑3min，然后玻璃基底自然冷却至室温；3)、紫外光刻：利用紫外光刻：掩模板在105‑110mJ/cm2的紫外光源下垂直曝光5‑8s，再次移入热烘板，在100℃下烘烤8‑10min，冷却后的玻璃基底在显影中超声震洗30s，接着用异丙醇清洗10s，最后用氮气枪吹干玻璃基底表面，至此得到了光刻胶构成的类似碗状阵列结构的负模板；四、亲水防雾表面的形成：在负模板上覆盖一层洁净的玻璃片，将负模板和玻璃片的两端用夹子夹住，然后用移液管将前躯体溶液添加在负模板表面上，由于负模板和玻璃片之间存在毛细力，前躯体溶液能够自然地渗透到负模板的微结构中，随后将负模板放入120℃的干燥箱中加热固化1h，最后为了确保微结构的完整性，使用镊子小心地将夹子取下，从而得到一种以SiO2为结构材料的仿蜉蝣稚虫复眼结构的亲水防雾表面。...

【技术特征摘要】
1.一种仿蜉蝣稚虫复眼结构的亲水防雾表面的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：一、玻璃基底的清洁：首先，为了提高光刻胶对玻璃基底的附着以及得到更平整的膜；将玻璃基底在丙酮里超声震洗10min，去除玻璃基底表面的有机物；其次将玻璃基底在无水乙醇里超声震洗10min，去除将玻璃基底表面残余的丙酮；接着将玻璃基底在去离子水中震洗10min，去除将玻璃基底表面的无机物；然后将将玻璃基底放在200℃的加热台上烘烤10min，用来增加光刻胶与将玻璃基底表面附着力；二、前躯体溶液的配制：将100ml的水和1ml的浓盐酸混合均匀，然后取7.2ml配好的盐酸溶液与22.4ml的TEOS(正硅酸乙酯)投入到密闭容器中，室温下通过磁力搅拌器搅拌反应30-40min，直到溶液透明无浑浊，得到前躯体溶液；三、负模板的制备：1)、掩模板的设计：根据蜉蝣稚虫复眼单个小眼的尺寸与分布，设计了一种圆孔阵列掩模板，其单个圆孔的直径是15um，并且圆孔之间的间隔是16um，由于蜉蝣稚虫复眼单个小眼的高度为6um，经过精确的计算与反复的实验，...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩志武，冯晓明，牛士超，张俊秋，穆正知，李博，王泽，焦志彬，王大凯，张斌杰，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：吉林,22