一种具有定向运输功能的超疏水表面的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种具有定向运输功能的超疏水表面的制备方法，包括以下步骤：第一步，旋涂第一层紫外光刻正胶，进行第一次紫外光刻；第二步，旋涂第二层紫外光刻负胶，倾斜基底进行第二次紫外光刻；第三步，浸涂低表面能纳米颗粒；第四步，真空蒸镀亲水金属薄膜，生成所需定向运输轨道，得到具有定向运输功能的超疏水表面。本发明专利技术通过两次紫外光刻，一方面增大了微结构的比表面积，使得浸涂低表面能纳米颗粒后粗糙度足够，另一方面在进行第二次光刻时，有意倾斜基板进行曝光，得到具有一定倾斜角度的单向倾斜的结构，从而相当于预先给定了一个滚动方向。该预先给定的滚动方向结合后期蒸镀得到的亲水运输轨道，较好地实现了液滴的定向运输。

【技术实现步骤摘要】
一种具有定向运输功能的超疏水表面的制备方法
本专利技术涉及超疏水表面加工处理领域，具体地说是涉及一种具有定向运输功能的超疏水表面的制备方法。
技术介绍
超疏水表面是一种受“荷叶效应”启发所制备的仿生功能性表面，通常其水滴接触角大于150°，滚动角小于10°。荷叶表面的微米乳突状结构上还存在着纳米结构，这种微纳复合结构对超疏水性有重要的影响，正是由于这种微纳复合结构的存在，水滴在荷叶表面能够自如滚落，从而使荷叶具备良好的自清洁性能。水滴定向运输指的是水滴在超疏水表面沿着设计的轨道滚动，在液滴分流领域具有极大的潜在价值。现有技术采用小刀刮擦的方式在超疏水表面设置一条亲水的轨道来实现水滴的定向运输，然而这种方法可控性低，通用性较差。现有的采用化学刻蚀法制备仿生微纳复合结构超疏水表面的方法，制备出的超疏水表面微纳复合结构形式单一，无法形成可自由调控的、具有一定倾斜角度的微结构；并且液滴在表面的滚动性欠佳。具体地，现有技术通过化学刻蚀法制备出超疏水表面，然后对超疏水表面用小刀刮擦出一定的轨道来实现液滴的定向运输。制备步骤如下：(1)采用化学刻蚀法在基底上构建粗糙的微纳复合结构；(2)利用低表面能物质对基底进行疏水化修饰，从而制备出超疏水表面；(3)根据实际需要对超疏水表面用小刀刮擦出所需定向运输的轨道来实现液滴的定向运输。现有技术存在以下缺点：一、采用化学刻蚀法在基底上构建粗糙的微纳复合结构，这种结构只能在基底上垂直生成，无法形成具有一定倾斜角度的单向倾斜的结构，并且生成的微结构形貌也无法进行调控。二、采用化学刻蚀法在基底上构建的微纳复合结构，生成的微米级结构与纳米级结构不可调控，因此两种结构不能有效配合，尽管表面呈现出了超疏水性，但液滴在表面的滚动性不佳。三、对超疏水表面根据实际需要用小刀刮擦出一定的轨道来实现液滴的定向运输，但由于刮擦的力度不可控，会导致刮擦的轨道与所需定向运输的轨道产生出入，无法有效实现液滴的定向运输，可控性较差。
技术实现思路
基于上述技术问题，本专利技术提供一种具有定向运输功能的超疏水表面的制备方法，该方法在硅基底上旋涂两次紫外光刻胶，将常规紫外光刻(垂直光刻)与倾斜基底紫外光刻相结合构建微米级结构，再浸涂低表面能纳米颗粒悬浮液构建具有微纳复合结构的超疏水表面，最后采用蒸镀法在具有倾斜结构的超疏水表面预先设计的沿结构倾斜方向的轨道上蒸镀一层亲水的金属薄膜来实现液滴的定向运输。本专利技术所采用的技术解决方案是：一种具有定向运输功能的超疏水表面的制备方法，包括以下步骤：第一步，旋涂第一层紫外光刻正胶，进行第一次紫外光刻(1)根据需要，预先设计出将要光刻的图案；(2)取一硅基底，依次用丙酮、乙醇、去离子水超声清洗，并用氮气吹干；(3)将洁净的硅基底放在匀胶机上，使用微量移液器在硅基底上滴入适量紫外光刻正胶，设定好匀胶机的转速和时间，进行匀胶；(4)将匀胶完成后的硅基底水平固定在紫外光刻机上进行紫外光刻；(5)光刻完成后，立即放入正胶显影液中显影，显影完成后用去离子水冲洗并干燥；第二步，旋涂第二层紫外光刻负胶，倾斜基底进行第二次紫外光刻(1)将第一步光刻后的硅基底再次放在匀胶机上，使用微量移液器在硅基底上滴入适量紫外光刻负胶，设定好匀胶机的转速和时间，进行匀胶；(2)将匀胶完成后的硅基底倾斜固定在紫外光刻机上，进行紫外光刻；(3)光刻完成后，立即放入负胶显影液中显影，显影完成后用去离子水冲洗并干燥；第三步，浸涂低表面能纳米颗粒(1)将含低表面能纳米颗粒的悬浮液超声分散到去离子水中配置成分散液；(2)将上述紫外光刻后的硅基底浸泡在分散液中一定的时间，然后缓慢取出；(3)将浸泡后的硅基底在室温下自然干燥，随后将其移至真空干燥箱中加热固化；(4)固化完成后冷却至室温得到具有微纳复合结构的超疏水表面；第四步，真空蒸镀亲水金属薄膜，生成所需定向运输轨道采用蒸镀法在具有倾斜结构的超疏水表面预先设计的沿结构倾斜方向的轨道上蒸镀一层亲水的金属薄膜来实现液滴的定向运输；(1)在所制备的超疏水表面上，根据实际所需设计定向运输的轨道，并将该轨道暴露出来，其他部位用锡纸包裹，待用；(2)设置真空蒸镀设备的冷水循环装置；(3)打开真空罩，将所要蒸镀的亲水金属靶材放入蒸发舟内，将步骤(1)中用锡纸处理后的硅基底置于基片台上并固定；(4)抽真空操作；(5)设置镀膜参数，开始镀膜操作；(6)镀膜完成后，将按定向运输轨道蒸镀亲水金属薄膜后的硅基底取出，得到具有定向运输功能的超疏水表面。一、本专利技术通过旋涂两次紫外光刻胶，进行两次紫外光刻，即在常规紫外光刻(基底水平)的基础上再倾斜基底进行第二次紫外光刻，从而在常规紫外光刻图案上又增加了一层具有一定倾斜角度的单向倾斜的结构，然后再浸涂低表面能纳米颗粒悬浮液构建出微纳复合结构。所制备的微纳复合结构可自由调控，并且足够粗糙，提高了表面的超疏水性能。二、本专利技术制备的超疏水表面的微结构与基底相对倾斜，由于微结构与基底具有一个倾斜角度，相当于预先给定了一个滚动方向，使得其上的液滴在基底倾斜角度达到常规超疏水表面的滚动角之前就可以滚动，从而使得超疏水表面上的液滴更加有利于向结构倾斜的方向滚动(比如说倾斜光刻时，抬高硅基底的右侧，则所形成超疏水表面上的液滴更加有利于从右向左滚动)，因此增加了液滴在超疏水表面上的滚动性能。三、采用蒸镀法在具有倾斜结构的超疏水表面预先设计的沿结构倾斜方向的轨道上蒸镀一层亲水的金属薄膜来实现液滴的定向运输。蒸镀的金属薄膜与基底的粘附性能较好，膜厚均匀可控，并且蒸镀的位置较精确，能够有效实现液滴的定向运输。优选的，所述紫外光刻正胶选用AZ5214E，对应的显影液选用AZ显影液；所述紫外光刻负胶选用SU8-3050，对应的显影液选用SU8显影液。本专利技术进行了两次紫外光刻，在两次紫外光刻时采用了两种型号不同的紫外光刻胶，以避免第二次紫外光刻的显影液对第一次旋涂的紫外光刻胶的影响，或者说避免第二次显影时对第一次显影图案造成影响。优选的，所述含低表面能纳米颗粒的悬浮液选用聚四氟乙烯纳米颗粒悬浮液，通过浸涂聚四氟乙烯纳米颗粒，省去了通过氟化降低表面能的步骤。优选的，所述紫外光刻图案可以为正多边形阵列排布的圆形柱阵列、方形柱阵列或菱形柱阵列。当然，也可采用其他阵列排布的其他形状。优选的，所述蒸镀的亲水金属靶材选自银、铝、铜、铁、镍、铬和镁中的任何一种。上述的定向运输轨道也可根据实际需要进行调整。本专利技术的有益技术效果是：一、首先，采用紫外光刻技术在基底上构建微米级粗糙结构，在常规紫外光刻的基础上再倾斜基底进行第二次紫外光刻(第一次光刻为常规光刻，即水平放置基板进行曝光，第二次光刻为倾斜基板进行曝光，从而得到了具有一定倾斜角度的单向倾斜的微结构)，从而在常规紫外光刻图案上又增加了一层具有一定倾斜角度的单向倾斜的结构，增大了微结构的比表面积，然后再浸涂低表面能纳米颗粒悬浮液构建出微纳复合结构。所制备的微纳复合结构可自由调控，并且足够粗糙，提高了表面的超疏水性能。二、本专利技术制备的超疏水表面的微结构与基底相对倾斜，由于微结构与基底具有一个倾斜角度，相当于预先给定了一个滚动方向，使得其上的液滴在基底倾斜角度达到常规超疏水表面的滚动角之前就可以滚动，从而使得超疏水表面上的液滴更加有利于向结构倾斜的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种具有定向运输功能的超疏水表面的制备方法，其特征在于包括以下步骤：第一步，旋涂第一层紫外光刻正胶，进行第一次紫外光刻(1)根据需要，预先设计出将要光刻的图案；(2)取一硅基底，依次用丙酮、乙醇、去离子水超声清洗，并用氮气吹干；(3)将洁净的硅基底放在匀胶机上，使用微量移液器在硅基底上滴入适量紫外光刻正胶，设定好匀胶机的转速和时间，进行匀胶；(4)将匀胶完成后的硅基底水平固定在紫外光刻机上进行紫外光刻；(5)光刻完成后，立即放入正胶显影液中显影，显影完成后用去离子水冲洗并干燥；第二步，旋涂第二层紫外光刻负胶，倾斜基底进行第二次紫外光刻(1)将第一步光刻后的硅基底再次放在匀胶机上，使用微量移液器在硅基底上滴入适量紫外光刻负胶，设定好匀胶机的转速和时间，进行匀胶；(2)将匀胶完成后的硅基底倾斜固定在紫外光刻机上，进行紫外光刻；(3)光刻完成后，立即放入负胶显影液中显影，显影完成后用去离子水冲洗并干燥；第三步，浸涂低表面能纳米颗粒(1)将含低表面能纳米颗粒的悬浮液超声分散到去离子水中配置成分散液；(2)将上述紫外光刻后的硅基底浸泡在分散液中一定的时间，然后缓慢取出；(3)将浸泡后的硅基底在室温下自然干燥，随后将其移至真空干燥箱中加热固化；(4)固化完成后冷却至室温得到具有微纳复合结构的超疏水表面；第四步，真空蒸镀亲水金属薄膜，生成所需定向运输轨道(1)在所制备的超疏水表面上，根据实际所需设计定向运输的轨道，并将该轨道暴露出来，其他部位用锡纸包裹，待用；(2)设置真空蒸镀设备的冷水循环装置；(3)打开真空罩，将所要蒸镀的亲水金属靶材放入蒸发舟内，将步骤(1)中用锡纸处理后的硅基底置于基片台上并固定；(4)抽真空操作；(5)设置镀膜参数，开始镀膜操作；(6)镀膜完成后，将按定向运输轨道蒸镀亲水金属薄膜后的硅基底取出，得到具有定向运输功能的超疏水表面。...

【技术特征摘要】
1.一种具有定向运输功能的超疏水表面的制备方法，其特征在于包括以下步骤：第一步，旋涂第一层紫外光刻正胶，进行第一次紫外光刻(1)根据需要，预先设计出将要光刻的图案；(2)取一硅基底，依次用丙酮、乙醇、去离子水超声清洗，并用氮气吹干；(3)将洁净的硅基底放在匀胶机上，使用微量移液器在硅基底上滴入适量紫外光刻正胶，设定好匀胶机的转速和时间，进行匀胶；(4)将匀胶完成后的硅基底水平固定在紫外光刻机上进行紫外光刻；(5)光刻完成后，立即放入正胶显影液中显影，显影完成后用去离子水冲洗并干燥；第二步，旋涂第二层紫外光刻负胶，倾斜基底进行第二次紫外光刻(1)将第一步光刻后的硅基底再次放在匀胶机上，使用微量移液器在硅基底上滴入适量紫外光刻负胶，设定好匀胶机的转速和时间，进行匀胶；(2)将匀胶完成后的硅基底倾斜固定在紫外光刻机上，进行紫外光刻；(3)光刻完成后，立即放入负胶显影液中显影，显影完成后用去离子水冲洗并干燥；第三步，浸涂低表面能纳米颗粒(1)将含低表面能纳米颗粒的悬浮液超声分散到去离子水中配置成分散液；(2)将上述紫外光刻后的硅基底浸泡在分散液中一定的时间，然后缓慢取出；(3)将浸泡后的硅基底在室温下自然干燥，随后将其移至真空干燥箱中加热固化；(4)固化完成后冷却至室温得到具有微纳复合结构的超疏水表面...

【专利技术属性】
技术研发人员：王清，王宁，徐双双，郑旭，
申请(专利权)人：山东科技大学，
类型：发明
国别省市：山东,37