一种无氟多尺度超疏水表面的制备方法技术

本发明专利技术公开一种无氟多尺度超疏水表面的制备方法，以具有多尺度微纳米结构超疏水天然生物样品为模板，经过两步模板复型制得多尺度结构阳模板，再用生物蜡进行疏水化修饰制备得到与生物样品多尺度结构类似的超疏水表面。本发明专利技术解决了同种模板复型时相分离关键问题，复型生物表面多尺度结构和沉积纳米级蜡烛灰构筑多层级表面结构，以及利用疏水性聚二甲基硅氧烷和环保型低表面能生物蜡修饰，制得与原来天然生物样品类似的超浸润特性和良好的稳定性的超疏水材料表面；本发明专利技术用生物蜡取代含氟低表面能试剂疏水化修饰，该方法简单易操作、成本低、绿色环保。

【技术实现步骤摘要】
一种无氟多尺度超疏水表面的制备方法
本专利技术涉及超疏水表面的制备方法，具体涉及一种无氟多尺度超疏水表面的制备方法。
技术介绍
超疏水技术是一种表界面超浸润的新型技术，主要是由表面的微观结构和化学组成协同作用决定，具有防水、防覆冰、防油污、液滴定向输运和自清洁等特点，在基础研究和能源、环境和生物医疗实际应用等诸多领域中有极大应用潜力。自然界生物经几十亿年的进化结构和功能已趋完美，生物的多尺度表面结构具有特殊的宏观性能及应用，如荷叶表面超疏水自清洁，含羞草的刺激响应收缩和鱼鳞水下超疏油。目前对于超疏水的研究主要涵盖两个方面：一是通过生物模板复型法仿生构筑类似超疏水生物表面(水稻叶、花生叶和蝴蝶翅膀等)超疏水界面材料；二是通过低表面能含氟试剂对多尺度微纳米结构进行疏水化修饰，以期获得类似生物超疏水表面。利用模板复型法可以制备多尺度超疏水表面，但在进行第二次相分离时难以剥离限制其广泛应用。此外，含氟低表面能试剂不但价格昂贵，且对生物和环境有危害性，该方法的应用也受到极大的限制。
技术实现思路
针对上述存在的技术不足，本专利技术的目的是一种无氟多尺度超疏水表面的制备方法，以具有多尺度微纳米结构超疏水天然生物样品为模板，经过两步模板复型制得与生物样品多尺度结构类似的阳模板，进一步用生物蜡进行疏水化修饰制备出多尺度超疏水仿生材料；第一步复型得到的阴模板沉积纳米尺度蜡烛灰后，一方面能够放大超浸润特性，增大超疏水效果；另一方面能够更容易剥离样品，获得精细微纳米多尺度结构。一种无氟多尺度超疏水表面的制备该方法简单易操作、成本低、绿色环保，且制备的超疏水材料表面具有与原来天然生物样品类似的超浸润特性和良好的稳定性。为解决上述技术问题，本专利技术采用如下技术方案：本专利技术提供一种无氟多尺度超疏水表面的制备方法，包括以下步骤：S1、生物样品预处理：用大量去离子清洗多尺度结构超疏水生物样品，除去表面的灰尘和杂质，然后用氮气吹干，备用；S2、聚二甲基硅氧烷和固化剂混合溶液的配制：分析天平称量PDMS本体溶液和固化剂，搅拌均匀，真空抽滤30min，除尽混合溶液中的气泡，制得均匀PDMS混合溶液，备用；S3、第一步复型制备多尺度阴模板：将配置好的PDMS均匀混合溶液浇筑于模板表面，形成一层厚度为3-5mmPDMS混合溶液，真空抽滤30min，去除气泡，置于烘箱中加热固化，剥离样品，获得与生物样品表面微观结构呈镜像的阴模板；S4、阴模板表面纳米级蜡烛灰沉积：将阴模板置于距离火焰3-5cm处，往复移动，沉积时间为1-3min，制得表面均匀分布纳米级蜡烛灰阴模板；S5、第二步复型制备多尺度阳模板：以表面均匀分布纳米级蜡烛灰阴模板为第二步复型模板，倒入均匀PDMS混合溶液，形成厚度为3-5mm，真空抽滤除尽气泡，烘箱中加热固化，剥离样品，获得与生物样品表面微观结构相似的阳模板；S6、阳模板表面生物蜡疏水化修饰：将仿生制备的阳模板浸入生物蜡疏水化修饰溶液中疏水化修饰，制得无氟多尺度超疏水仿生界面材料。优选地，所述生物样品为荷叶、水稻叶、玫瑰花瓣和槐树叶。优选地，所述阴模板表面纳米级蜡烛灰沉积距离火焰高度3-5cm，沉积时间为1-3min。优选地，所述的PDMS本体溶液和固化剂质量比为10:1。优选地，所述固化时加热温度为60℃，加热时间为6-8h。优选地，所述生物蜡疏水化修饰溶液由棕榈蜡、米糠蜡和乙酸乙酯按质量比为1:1:1000在70℃下混合制备而成。优选地，所述生物蜡疏水化修饰溶液的浸泡时间为5-10s，浸泡次数为5-10次。本专利技术的有益效果在于：1、本专利技术提出一种两步模板复型制备天然生物样品多尺度微纳米复合结构超疏水表面材料的新方法。该方法应用范围广，适用于天然超疏水生物样品多层级结构的良好复型，还可以应用于其他多尺度复杂结构基材构筑超疏水表面，例如玻璃、金属及金属合金板材或网材、木材和竹材等。2、本专利技术用环境友好型生物蜡(棕榈蜡和米糠蜡)低表面物质来替代传统含氟疏水化试剂，既降低了成本，又减少具有环境危害性含氟低表面试剂的使用。3、本专利技术在阴模板上沉积纳米级蜡烛灰，第二步模板复型时，沉积的纳米级蜡烛灰会被PDMS溶液包覆，经真空抽滤，加热固化后，纳米级蜡烛灰转移至阳模板上，使得在剥离阳模板时比较容易，解决了同种物质模板复型时相分离关键问题。4、本专利技术以多尺度结构超疏水生物样品为模板，通过沉积纳米级蜡烛灰，生物蜡取代含氟低表面能试剂疏水化修饰，两步模板复型法制备的仿生超疏水表面具有良好的稳定性，10mL/s水冲击三十分钟后仍然保持超疏水特性，主要是生物样品多尺度微观结构与纳米级蜡烛灰结构和环境友好型低表面生物蜡与疏水性PDMS协同作用的结果。本专利技术提出一种沉积纳米级蜡烛灰，低表面能生物蜡修饰两步复型制备多尺度超疏水表面的方法，既简单易操作、成本低、环保，又能获得稳定性高、多尺度超疏水表面。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术提出的一种无氟多尺度超疏水表面制备流程图；图2为本专利技术制备多尺度荷叶超疏水表面复型阴模板、阳模板和无氟修饰超疏水阳模板扫描电镜图片；图3为本专利技术制备多尺度荷叶超疏水表面第一步复型阴模板剥离光学图片；图4为本专利技术制备的无氟多尺度荷叶超疏水表面水滴静态接触角图片；图5为本专利技术制备的无氟多尺度荷叶超疏表水面耐水冲击光学图片；图6为本专利技术制备的多尺度水稻叶超疏水表面复型阴模板、阳模板和无氟修饰超疏水阳模板扫描电镜图片；图7为本专利技术中小水滴在制备的无氟多尺度水稻叶超疏水表面光学图片；图8为本专利技术制备的无氟多尺度水稻叶超疏水表面水静态接触角图片；图9为本专利技术制备的无氟多尺度稻叶超疏水表面各向异性连续滚动光学图片；图10为本专利技术制备的多尺度槐树叶超疏水原始表面、复型阴模板和无氟修饰超疏水阳模板扫描电镜图片；图11为本专利技术中小水滴在制备的无氟多尺度超疏水槐树叶表面光学图片；图12为本专利技术制备的无氟多尺度槐树叶超疏水表面水静态接触角图片；图13为本专利技术制备的多尺度玫瑰花瓣无氟修饰超疏水阳模板扫描电镜图片；图14为本专利技术中小水滴在制备的无氟多尺度玫瑰花瓣叶超疏水表面光学图片；图15为本专利技术制备的无氟多尺度玫瑰花瓣超疏水表面水静态接触角图片。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。一种无氟多尺度本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种无氟多尺度超疏水表面的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：/nS1、生物样品预处理：用大量去离子清洗多尺度结构超疏水生物样品，除去表面的灰尘和杂质，然后用氮气吹干，备用；/nS2、聚二甲基硅氧烷和固化剂混合溶液的配制：分析天平称量PDMS本体溶液和固化剂，搅拌均匀，真空抽滤30min，除尽混合溶液中的气泡，制得均匀PDMS混合溶液，备用；/nS3、第一步复型制备多尺度阴模板：将配置好的PDMS均匀混合溶液浇筑于模板表面，形成一层厚度为3-5mm PDMS混合溶液，真空抽滤30min，去除气泡，置于烘箱中加热固化，剥离样品，获得与生物样品表面微观结构呈镜像的阴模板；/nS4、阴模板表面纳米级蜡烛灰沉积：将阴模板置于距离火焰3-5cm处，往复移动，沉积时间为1-3min，制得表面均匀分布纳米级蜡烛灰阴模板；/nS5、第二步复型制备多尺度阳模板：以表面均匀分布纳米级蜡烛灰阴模板为第二步复型模板，倒入均匀PDMS混合溶液，形成厚度为3-5mm，真空抽滤除尽气泡，烘箱中加热固化，剥离样品，获得与生物样品表面微观结构相似的阳模板；/nS6、阳模板表面生物蜡疏水化修饰：将仿生制备的阳模板浸入生物蜡疏水化修饰溶液中疏水化修饰，制得无氟多尺度超疏水仿生界面材料。/n...

【技术特征摘要】
1.一种无氟多尺度超疏水表面的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、生物样品预处理：用大量去离子清洗多尺度结构超疏水生物样品，除去表面的灰尘和杂质，然后用氮气吹干，备用；
S2、聚二甲基硅氧烷和固化剂混合溶液的配制：分析天平称量PDMS本体溶液和固化剂，搅拌均匀，真空抽滤30min，除尽混合溶液中的气泡，制得均匀PDMS混合溶液，备用；
S3、第一步复型制备多尺度阴模板：将配置好的PDMS均匀混合溶液浇筑于模板表面，形成一层厚度为3-5mmPDMS混合溶液，真空抽滤30min，去除气泡，置于烘箱中加热固化，剥离样品，获得与生物样品表面微观结构呈镜像的阴模板；
S4、阴模板表面纳米级蜡烛灰沉积：将阴模板置于距离火焰3-5cm处，往复移动，沉积时间为1-3min，制得表面均匀分布纳米级蜡烛灰阴模板；
S5、第二步复型制备多尺度阳模板：以表面均匀分布纳米级蜡烛灰阴模板为第二步复型模板，倒入均匀PDMS混合溶液，形成厚度为3-5mm，真空抽滤除尽气泡，烘箱中加热固化，剥离样品，获得与生物样品表面微观结构相似的阳模板；
S6、阳模板表面生物蜡疏水化修饰：将仿生制备的阳模板浸入生物蜡...

【专利技术属性】
技术研发人员：彭云，刘春华，李亿保，黄聪林，张志英，尚教平，
申请(专利权)人：赣南师范大学，
类型：发明
国别省市：江西;36