一种无机氧化物和形状记忆环氧树脂纳米复合柱子阵列的制备方法及其应用技术

一种无机氧化物和形状记忆环氧树脂纳米复合柱子阵列的制备方法及其应用，属于智能调控表面浸润性材料的制备技术领域。所述方法包括以下步骤：制备聚二甲基硅氧烷模板；制备无机氧化物和形状记忆环氧树脂复合柱子阵列；制备无机氧化物和形状记忆环氧树脂纳米复合柱子阵列。制备的无机氧化物和形状记忆环氧树脂纳米复合柱子阵列应用于表面浸润性的智能调控。本发明专利技术的优点是：基于形状记忆环氧树脂与无机氧化物粒子复合制备的无机氧化物和形状记忆环氧树脂纳米复合柱子阵列，其不仅具有紫外光引发的超疏水到超亲水可逆转变的功能，还具有微结构自修复功能，有效的解决了无机氧化物及有机复合表面微结构容易受损而失去超疏水到超亲水转变功能的问题。

Preparation of inorganic oxide and shape memory epoxy nanocomposite array and its application

The invention relates to a preparation method and application of inorganic oxide and shape memory epoxy resin nanocomposite column array, belonging to the preparation technology field of intelligent control surface wetting materials. The method comprises the following steps: preparing a polydimethylsiloxane template; preparing an inorganic oxide and a shape memory epoxy resin composite column array; and preparing an inorganic oxide and a shape memory epoxy resin nanocomposite column array. The prepared inorganic oxide and shape memory epoxy resin nanocomposite column arrays were applied to intelligent control of surface wettability. The invention has the advantages that the inorganic oxide and the shape memory epoxy resin nanocomposite column array prepared by compounding the shape memory epoxy resin and the inorganic oxide particles not only have the function of reversible transformation from superhydrophobic to superhydrophilic induced by ultraviolet light, but also have the function of microstructure self-repairing, and effectively solve the problem of no-hydrophobic to superhydrophilic. The surface microstructure of organic oxides and organic composites is easy to be damaged and lose the function of superhydrophobic to superhydrophilic transition.

【技术实现步骤摘要】
一种无机氧化物和形状记忆环氧树脂纳米复合柱子阵列的制备方法及其应用
本专利技术属于智能调控表面浸润性材料的制备
，具体涉及一种具有紫外光引发浸润性转换且微结构可自修复的无机氧化物和形状记忆环氧树脂纳米复合柱子阵列的制备方法及其应用。
技术介绍
近年来，由于具有可逆浸润性转换的智能表面在可控的油水分离、生物工程以及智能芯片等领域有着广阔的应用前景，科研人员对此进行大量的研究。目前，对于制备这些具有光、热、电等智能响应表面的方法主要是通过构筑分等级微结构以及结合智能响应材料。然而，对于通过紫外光引发超疏水到超亲浸润性变化的无机氧化物、无机和有机复合表面，其表面的微结构如果受到外力挤压或者撞击被破坏时，就不能实现紫外光引发的超疏水到超亲水的智能转换，因此，急需制备出一种具有紫外光引发的超疏水到超亲水转变且微结构可自修复的无机和有机复合表面以满足智能器件发展的需求。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了解决目前具有紫外光引发的超疏水到超亲水无机氧化物或无机和有机复合表面其微结构易受外力破坏而失去这种紫外光引发的超疏水到超亲水功能的问题，提供了一种无机氧化物和形状记忆环氧树脂纳米复合柱子阵列的制备方法及其应用，该种方法是将形状记忆环氧树脂与具有紫外光响应的无机氧化物粒子进行复合，得到的阵列能够通过紫外光引发浸润性转换且微结构可自修复。为实现上述目的，本专利技术采取的技术方案如下：一种无机氧化物和形状记忆环氧树脂纳米复合柱子阵列的制备方法，所述方法包括以下步骤：步骤一：制备聚二甲基硅氧烷模板：首先利用光刻法刻出规整的凸形硅柱子阵列，其次配制聚二甲基硅氧烷胶液，胶液中，聚二甲基硅氧烷与固化剂的质量比为9~12：1，以凸形硅柱子阵列作为初始模板对其进行浇筑赋形，在60~85℃下固化2~4h后，得到尺寸、间距与凸形硅柱子阵列相同的凹形聚二甲基硅氧烷模板；步骤二：制备无机氧化物和形状记忆环氧树脂复合柱子阵列：首先配制环氧树脂、固化剂和无机氧化物纳米粒子混合胶，无机氧化物纳米粒子的添加量为环氧树脂质量的10~30%，以步骤一制备的凹形聚二甲基硅氧烷模板为母模板，使用配制好的含有无机氧化物纳米粒子的混合胶对母模板进行浇筑赋形，60℃固化1h，控制固化度为70%~100%，得到尺寸、间距与凸形硅柱子阵列相同的无机氧化物和形状记忆环氧树脂复合柱子阵列；步骤三：取无机氧化物纳米粒子超声分散于有机溶剂中，无机氧化物纳米粒子质量与有机溶剂体积的比为0.02~0.04g/mL，将步骤二制备的无机氧化物和形状记忆环氧树脂复合柱子阵列浸入无机氧化物纳米粒子分散液中，进行超声处理，超声完毕后，取出将其放入无水乙醇中进行超声清洗，最后将其在100~120℃下后固化2~4h，得到无机氧化物和形状记忆环氧树脂纳米复合柱子阵列。一种上述的方法制备的无机氧化物和形状记忆环氧树脂纳米复合柱子阵列在表面浸润性的智能调控中的应用，具体为：制备的无机氧化物和形状记忆环氧树脂纳米复合柱子阵列呈现超疏水状态，在紫外光照射后，无机氧化物和形状记忆环氧树脂纳米复合柱子阵列转变成超亲水状态，对其在100~150℃加热1.5~3h，其又能回复到原始的超疏水状态；当对制备的无机氧化物和形状记忆环氧树脂纳米复合柱子阵列进行人为挤压，使其微结构发生倒塌，失去其原有的超疏水性，呈现疏水状态，接着对倒塌的无机氧化物和形状记忆环氧树脂纳米复合柱子阵列进行紫外光照射，在同样的照射时间下，发现倒塌的无机氧化物和形状记忆环氧树脂纳米复合柱子阵列转变成亲水状态，此时无法实现超疏水到超亲水的转变；当对亲水的倒塌的无机氧化物和形状记忆环氧树脂纳米复合柱子阵列进行暗藏2~4周，其倒塌的无机氧化物和形状记忆环氧树脂纳米复合柱子阵列又能回复到初始的疏水状态，接着对倒塌的无机氧化物和形状记忆环氧树脂纳米复合柱子阵列在高于其玻璃化转变温度下加热1~5min，其又回复到了初始形貌，呈现出超疏水状态，同样进行紫外光照射，仍然能够转变成超亲水状态。本专利技术相对于现有技术的有益效果是：基于形状记忆环氧树脂与无机氧化物纳米粒子复合制备的无机氧化物和形状记忆环氧树脂纳米复合柱子阵列，其不仅具有紫外光引发的超疏水到超亲水可逆转变的功能，还具有微结构自修复功能，有效的解决了无机氧化物及有机复合表面微结构容易受损而失去超疏水到超亲水转变功能的问题。附图说明图1为无机氧化物和形状记忆环氧树脂纳米复合柱子阵列SEM图；图2为初始接触角为154.5°的纳米复合柱子阵列图片；图3为紫外光照射后的接触角为0°的纳米复合柱子阵列图片；图4为制备的纳米复合柱子阵列压倒后的SEM图；图5为压倒后的接触角为117°的纳米复合柱子阵列图片；图6为压倒后的纳米复合柱子阵列经紫外光照射后的接触角为50°的图片；图7为无机氧化物和形状记忆环氧树脂纳米复合柱子阵列的形状记忆性能曲线图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术的技术方案作进一步的说明，但并不局限于此，凡是对本专利技术技术方案进行修正或等同替换，而不脱离本专利技术技术方案的精神范围，均应涵盖在本专利技术的保护范围之中。具体实施方式一：本实施方式记载的是一种无机氧化物和形状记忆环氧树脂纳米复合柱子阵列的制备方法，所述方法包括以下步骤：步骤一：制备聚二甲基硅氧烷（PDMS）模板：首先利用光刻法刻出规整的凸形硅柱子阵列，单根柱子的尺寸长、宽、高分别为10μm、10μm、10~30μm，柱子阵列间距为5μm~30μm，其次配制聚二甲基硅氧烷（PDMS）胶液，胶液中，聚二甲基硅氧烷（PDMS）与固化剂的质量比为9~12：1，以凸形硅柱子阵列作为初始模板对其进行浇筑赋形，在60~85℃下固化2~4h后，得到尺寸、间距与凸形硅柱子阵列相同的凹形聚二甲基硅氧烷（PDMS）模板；步骤二：制备无机氧化物和形状记忆环氧树脂复合柱子阵列：首先配制环氧树脂、固化剂和无机氧化物纳米粒子混合胶，无机氧化物纳米粒子的添加量为环氧树脂质量的10~30%，以步骤一制备的凹形聚二甲基硅氧烷模板为母模板，使用配制好的含有无机氧化物纳米粒子的混合胶对母模板进行浇筑赋形，60℃固化1h，控制固化度为70%~100%，得到尺寸、间距与凸形硅柱子阵列相同的无机氧化物和形状记忆环氧树脂复合柱子阵列；步骤三：取无机氧化物纳米粒子超声分散于有机溶剂中，无机氧化物纳米粒子质量与有机溶剂体积的比为0.02~0.04g/mL，将步骤二制备的无机氧化物和形状记忆环氧树脂复合柱子阵列浸入无机氧化物纳米粒子分散液中，进行超声处理，超声完毕后，取出将其放入无水乙醇中进行超声清洗，最后将其在100~120℃下后固化2~4h，得到无机氧化物和形状记忆环氧树脂纳米复合柱子阵列（图1）。具体实施方式二：具体实施方式一所述的一种无机氧化物和形状记忆环氧树脂纳米复合柱子阵列的制备方法，步骤二中，所述的环氧树脂为环氧树脂E51或环氧树脂E44，固化剂为正辛胺和十二胺中的一种与间苯二甲胺的混合固化剂，且正辛胺或十二胺与间苯二甲胺混合质量比为0.5~2:1。具体实施方式三：具体实施方式一所述的一种无机氧化物和形状记忆环氧树脂纳米复合柱子阵列的制备方法，步骤二、三中，所述的无机氧化物纳米粒子为TiO2、ZnO或WO3。具体实施方式四：具体实施方式一所述的一种无机氧化物和形状记忆环氧树脂纳米复本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种无机氧化物和形状记忆环氧树脂纳米复合柱子阵列的制备方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：步骤一：制备聚二甲基硅氧烷模板：首先利用光刻法刻出规整的凸形硅柱子阵列，其次配制聚二甲基硅氧烷胶液，胶液中，聚二甲基硅氧烷与固化剂的质量比为9~12：1，以凸形硅柱子阵列作为初始模板对其进行浇筑赋形，在60~85℃下固化2~4 h后，得到尺寸、间距与凸形硅柱子阵列相同的凹形聚二甲基硅氧烷模板；步骤二：制备无机氧化物和形状记忆环氧树脂复合柱子阵列：首先配制环氧树脂、固化剂和无机氧化物纳米粒子混合胶，无机氧化物纳米粒子的添加量为环氧树脂质量的10~30%，以步骤一制备的凹形聚二甲基硅氧烷模板为母模板，使用配制好的含有无机氧化物纳米粒子的混合胶对母模板进行浇筑赋形，60℃固化1 h，控制固化度为70%~100%，得到尺寸、间距与凸形硅柱子阵列相同的无机氧化物和形状记忆环氧树脂复合柱子阵列；步骤三：取无机氧化物纳米粒子超声分散于有机溶剂中，无机氧化物粒子的质量与有机溶剂的体积比为0.02~0.04g/mL，将步骤二制备的无机氧化物和形状记忆环氧树脂复合柱子阵列浸入无机氧化物纳米粒子分散液中，进行超声处理，超声完毕后，取出将其放入无水乙醇中进行超声清洗，最后将其在100~120℃下后固化2~4 h，得到无机氧化物和形状记忆环氧树脂纳米复合柱子阵列。...

【技术特征摘要】
1.一种无机氧化物和形状记忆环氧树脂纳米复合柱子阵列的制备方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：步骤一：制备聚二甲基硅氧烷模板：首先利用光刻法刻出规整的凸形硅柱子阵列，其次配制聚二甲基硅氧烷胶液，胶液中，聚二甲基硅氧烷与固化剂的质量比为9~12：1，以凸形硅柱子阵列作为初始模板对其进行浇筑赋形，在60~85℃下固化2~4h后，得到尺寸、间距与凸形硅柱子阵列相同的凹形聚二甲基硅氧烷模板；步骤二：制备无机氧化物和形状记忆环氧树脂复合柱子阵列：首先配制环氧树脂、固化剂和无机氧化物纳米粒子混合胶，无机氧化物纳米粒子的添加量为环氧树脂质量的10~30%，以步骤一制备的凹形聚二甲基硅氧烷模板为母模板，使用配制好的含有无机氧化物纳米粒子的混合胶对母模板进行浇筑赋形，60℃固化1h，控制固化度为70%~100%，得到尺寸、间距与凸形硅柱子阵列相同的无机氧化物和形状记忆环氧树脂复合柱子阵列；步骤三：取无机氧化物纳米粒子超声分散于有机溶剂中，无机氧化物粒子的质量与有机溶剂的体积比为0.02~0.04g/mL，将步骤二制备的无机氧化物和形状记忆环氧树脂复合柱子阵列浸入无机氧化物纳米粒子分散液中，进行超声处理，超声完毕后，取出将其放入无水乙醇中进行超声清洗，最后将其在100~120℃下后固化2~4h，得到无机氧化物和形状记忆环氧树脂纳米复合柱子阵列。2.根据权利要求1所述的一种无机氧化物和形状记忆环氧树脂纳米复合柱子阵列的制备方法，其特征在于：步骤二中，所述的环氧树脂为环氧树脂E51或环氧树脂E44，固化剂为正辛胺和十二胺中的一种与间苯二甲胺的混合固化剂，且正辛胺或十二胺与间苯二甲胺混合质量比0.5~2:1。3.根据权利要求1所述的一种无机氧化物和形状记忆环氧树脂纳米复合柱子阵列的制备方法，其特征在于：步骤二、三中，所述的无机氧化物纳米粒子为TiO2...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘宇艳，康红军，成中军，胡栋栋，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23