一种柔性超疏水自清洁表面的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种柔性超疏水自清洁表面的制备方法，特别涉及一种基于PDMS水热法生长ZnO纳米棒制备柔性超疏水表面的方法。主要包括如下步骤：首先制备PDMS膜，然后将PDMS膜反复浸泡在醋酸锌乙醇溶液（“种子”液）中形成均匀的“种子”层，再将具有ZnO晶种的PDMS膜悬浮在“生长”液中，通过水热反应获得柔性超疏水自清洁表面。本发明专利技术通过简单的水热法在PDMS膜上构筑ZnO纳米棒阵列，不需要对ZnO进行二次修饰就能得到柔性超疏水自清洁表面，制备过程简单，成本低廉，绿色环保，能够扩大超疏水材料的应用范围。

【技术实现步骤摘要】
一种柔性超疏水自清洁表面的制备方法
本专利技术涉及一种柔性超疏水自清洁表面的制备方法，特别涉及一种基于PDMS水热法生长ZnO纳米棒制备柔性超疏水表面的方法。
技术介绍
润湿性是材料表面固有性质，由于超疏水表面具有自清洁、耐腐蚀、防结冰、减阻等特性，近年来已被广泛应用于日常生活和工农业各领域。超疏水表面的制备，一般通过提高材料表面的粗糙度以及降低表面能来实现，这两方面往往共同作用。纳米ZnO本身具有亲水性，要得到疏水的纳米ZnO，可以通过修饰氟化物、硅氧烷和有机长碳链烷酸等低表面能的化学物质。相对于表面修饰，通过改变表面形貌来控制表面润湿性，具有更好的稳定性且经济环保。纳米ZnO生长在钢丝网、氧化铟锡或者硅片等刚性材料上并应用于油水分离、微流控芯片等，关于这类刚性材料表面生长纳米ZnO的研究报道有很多，例如，公开号为CN104497853A公开的聚二甲基硅氧烷/氧化锌超疏水复合涂层的制备方法，用于钢基体，但这些材料缺乏柔韧性，不利于实际应用。而聚二甲基硅氧烷（PDMS）是一种有机硅橡胶，具有易于制备、化学惰性、高柔韧性、高透明度、低玻璃化转变温度、生物相容性好等性能特点，但其表面对水的接触角只有117.0±2°。通常采用光刻蚀构筑微纳米结构来实现PDMS的超疏水化，但该过程需要的设备仪器价格昂贵，不利于工业生产。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对现有技术的不足，提供一种柔性超疏水自清洁表面的制备方法。本专利技术通过简单的水热法在PDMS膜上构筑ZnO纳米棒阵列，不需要对ZnO进行二次修饰就能得到柔性超疏水自清洁表面，制备过程简单，成本低廉，能够扩大超疏水材料的应用范围。为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：一种超疏水自清洁表面的制备方法，其包括以下步骤：（1）制备PDMS膜；（2）将PDMS膜反复浸泡在ZnO“种子”液中，得具有ZnO晶种的PDMS膜；（3）将硝酸锌、六亚甲基四胺、去离子水混合，得到ZnO“生长”液；（4）将具有ZnO晶种的PDMS膜面朝下悬浮在装有ZnO“生长”液的水热反应釜中进行水热反应，在80-95℃下反应2-10h，反应结束后取出PDMS膜，水洗2-3次，干燥，得到柔性超疏水自清洁表面。作为上述技术方案的优选，步骤（1）中，所述PDMS膜的制备方法如下：PDMS与固化剂的质量比约为9-14:1，搅拌5-10min，真空脱泡后倒入玻璃模具中，常温固化12-24h后，将PDMS从模具中剥离得到PDMS膜。作为上述技术方案的优选，步骤（2）中，所述具有ZnO晶种的PDMS膜制备方法如下：将PDMS膜放入5-10mM/L醋酸锌乙醇溶液（“种子”液）中，55-65℃加热搅拌30-60min，取出，表面乙醇自然挥发后用乙醇润洗2-3次，得到均匀的“种子”层，放入120-150℃烘箱中保温15-30min，形成第一层“种子”；重复此操作2-6次，每次重复操作过程中PDMS膜在“种子”液中的浸泡搅拌时间为5min。作为上述技术方案的优选，步骤（3）中，所述ZnO“生长”液的制备方法如下：分别配置硝酸锌水溶液和六亚基甲基四胺水溶液，按照硝酸锌和六亚甲基四胺的物质的量比1.5-2:1进行等体积混合。作为上述技术方案的优选，步骤（4）中，所述PDMS膜进行水热反应的反应温度为80-95℃，反应时间为2-10h。作为上述技术方案的优选，步骤（4）中，所述PDMS膜取出后的干燥条件为：50-120℃干燥6-24h。本专利技术采取以上技术方案，制备PDMS膜，将PDMS膜反复浸泡在醋酸锌乙醇溶液中，第一层浸泡时间为30-60min，利用PDMS膜在乙醇中充分的溶胀，吸附锌离子，形成均匀的“种子”层，然后将具有ZnO晶种的PDMS膜悬浮在“生长”液中，在水热反应釜中反应一段时间后获得柔性超疏水自清洁表面。与现有技术相比，本专利技术具有的优点在于：本专利技术以PDMS为基底，通过简单的水热法在PDMS膜上构筑ZnO纳米棒阵列就能得到柔性超疏水表面，与在钢丝网，硅片等材料表面进行疏水改性相比较，此膜具有高柔韧性，更有利于实际的应用，能够扩大超疏水材料的应用范围。氧化锌本身具有亲水性，需要进行二次修饰以达到疏水效果，但二次修饰易造成环境的污染，且增加生产成本，而本专利技术不需要进行二次修饰，直接通过控制氧化锌在PDMS膜表面的形貌来使表面超疏水并具有自清洁能力，该制备过程成本低廉，绿色环保，操作简单，适应性好。附图说明图1为实施例1所制柔性超疏水自清洁表面的电镜图。图2为实施例1所制超疏水自清洁表面的水接触角。具体实施方式为了使本专利技术所述的内容更加便于理解，以下实例将对本专利技术做进一步说明，但本专利技术的保护范围并不仅限于这些实例。本专利技术对柔性超疏水自清洁表面的接触角和自清洁能力的测量方法如下：（1）接触角本专利技术利用视频接触角测定仪测定接触角：以5μL去离子水作为液滴，液滴在膜表面稳定30s后，采用量角法测量接触角。通常以水接触角的大小来判断表面润湿性，接触角大于150°为超疏水。（2）自清洁能力首先在倾斜10°的膜表面上均匀地撒上一层石墨粉模拟尘埃，然后让水滴在较高一端滴落在膜表面上，水滴从高往低滚动，在滚动过程会将石墨粉粘附在水滴表面而带走，考察膜表面的石墨粉残留情况，若无残留说明具有自清洁能力。实施例1一种超疏水自清洁表面的制备方法，其包括以下步骤：（1）将1.5gPDMS和0.15g固化剂混合搅拌5min，真空脱泡后倒入玻璃模具中，常温固化24h后，将PDMS从模具中剥离得到PDMS膜。（2）将PDMS膜放入5mM/L醋酸锌乙醇溶液（“种子”液）中，60℃加热搅拌30min，取出，表面乙醇自然挥发后用乙醇润洗3次，得到均匀的“种子”层，放入120℃烘箱中保温15min，形成第一层“种子”层；重复此操作4次，每次重复操作过程中PDMS膜在“种子”液中的浸泡搅拌时间为5min。（3）分别配置50mM/L硝酸锌水溶液和25mM/L六亚基甲基四胺水溶液，等体积混合，作为ZnO“生长”液。（4）将步骤（2）中，所述PDMS膜的晶种面朝下进行水热反应，反应温度为95℃，反应时间为5h。（5）取出PDMS膜，水洗3次，在120℃干燥8h，即得到柔性超疏水自清洁表面。实施例1所制柔性超疏水自清洁表面的电镜图如图1所示，ZnO纳米棒的直径为120-280nm，棒长在0.39-2.5μm之间，该表面的接触角测量结果为164.1°（图2），呈超疏水性，自清洁能力测试发现表面无石墨粉残留，表现出自清洁能力。实施例2一种超疏水自清洁表面的制备方法，其包括以下步骤：（1）将1.5gPDMS和0.11g固化剂混合搅拌7min，真空脱泡后倒入玻璃模具中，常温固化20h后，将PDMS从模具中剥离得到PDMS膜。（2）将PDMS膜放入5mM/L醋酸锌乙醇溶液（“种子”液）中，60℃加热搅拌30min，取出，表面乙醇自然挥发后用乙醇润洗3次，得到均匀的“种子”层，放入120℃烘箱中保温15min，形成第一层“种子”层；重复此操作6次，每次重复操作过程中PDMS膜在“种子”液中的浸泡搅拌时间为5min。（3）分别配置50mM/L硝酸锌水溶液和25mM/L六亚基甲基四胺水溶液，等体积混合，作为ZnO“生长”液。（4）将步骤（2）中，所述PDMS膜的晶种面朝下进本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种柔性超疏水自清洁表面的制备方法，其特征在于：在聚二甲基硅氧烷（PDMS）膜表面生长氧化锌（ZnO）纳米棒得到柔性超疏水自清洁表面，其包括以下步骤：（1）首先制备PDMS膜；（2）将PDMS膜反复浸泡在ZnO“种子”液中，得到具有ZnO晶种的PDMS膜；（3）将硝酸锌、六亚甲基四胺、去离子水混合，得到ZnO“生长”液；（4）将具有ZnO晶种的PDMS膜面朝下悬浮在装有ZnO“生长”液的水热反应釜中进行水热反应，在80‑95℃下反应2‑10 h，反应结束后取出PDMS膜，水洗2‑3次，干燥，得到柔性超疏水自清洁表面。

【技术特征摘要】
1.一种柔性超疏水自清洁表面的制备方法，其特征在于：在聚二甲基硅氧烷（PDMS）膜表面生长氧化锌（ZnO）纳米棒得到柔性超疏水自清洁表面，其包括以下步骤：（1）首先制备PDMS膜；（2）将PDMS膜反复浸泡在ZnO“种子”液中，得到具有ZnO晶种的PDMS膜；（3）将硝酸锌、六亚甲基四胺、去离子水混合，得到ZnO“生长”液；（4）将具有ZnO晶种的PDMS膜面朝下悬浮在装有ZnO“生长”液的水热反应釜中进行水热反应，在80-95℃下反应2-10h，反应结束后取出PDMS膜，水洗2-3次，干燥，得到柔性超疏水自清洁表面。2.根据权利要求1所述柔性超疏水自清洁表面的制备方法，其特征在于：步骤（1）中，所述PDMS膜的制备方法如下：PDMS与固化剂的质量比为9-14:1，搅拌5-10min，真空脱泡后倒入玻璃模具中，常温固化12-24h后，将PDMS从模具中剥离得到PDMS膜。3.根据权利要求1所述柔性超疏水自清洁表面的制备方法，其特征在于：步骤（2）中，所述具有ZnO晶种的PDMS膜制备方法如下：将...

【专利技术属性】
技术研发人员：李晓，黄玉芳，林畅，张卫英，孙雪，
申请(专利权)人：福州大学，
类型：发明
国别省市：福建,35