一种可使微小液体聚集并自动脱离的材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种可使微小液体聚集并自动脱离的材料及其制备方法，属于功能材料领域。本发明专利技术中制备可使微小液体聚集并自动脱离的材料的方法，包括如下步骤：(1)在固体材料表面构筑柱状微结构，得到含有柱状微结构的材料；其中，柱状微结构包括圆柱状微结构和棱柱状微结构；圆柱状微结构的底面直径为50

【技术实现步骤摘要】
一种可使微小液体聚集并自动脱离的材料及其制备方法


[0001]本专利技术涉及一种可使微小液体聚集并自动脱离的材料及其制备方法，属于功能材料领域。

技术介绍

[0002]随着科学技术的进步，可使液体聚集并自动脱离的材料得到开发和应用。常规的疏水/疏油功能性材料是通过增大材料表面粗糙度并处理低表面能物质来达到拒阻效果。但具有该功能的材料主要针对大体积的液滴(液滴直径＞1mm)，但对于微小液滴(液滴直径一般为0.001
‑
100μm)，这些材料会失去拒阻效果。因为微小体积的液滴沉积到其表面后汇集形成润湿层，液体和固体接触面积大，导致其难以脱离材料表面，给人们生活带来不便。
[0003]截至目前，科学界对可阻抗普通体积液体的材料(疏水/疏油)进行了较多的理论研究，相应产品在诸多领域得到了应用，但是对能使微小液体聚集并自动脱离的材料的理论研究及生产鲜有报道。

技术实现思路

[0004]为了解决上述问题，本专利技术通过在材料表面构筑具有一定高度、直径及分布密度的圆柱、棱柱微结构，并调整材料表面的表面能，制备得到了可以有效聚集微小液滴且聚集液极易脱离其表面的材料。
[0005]本专利技术的第一个目的是提供一种制备可使微小液体聚集并自动脱离的材料的方法，包括如下步骤：
[0006](1)材料表面构筑微结构：
[0007]在固体材料表面构筑柱状微结构，得到含有柱状微结构的材料；其中，柱状微结构包括圆柱状微结构和棱柱状微结构；圆柱状微结构的底面直径为50
‑/>200μm，柱高度为400
‑
1200μm，柱间隔为400
‑
1200μm；棱柱状微结构的底面顶点间最大距离为50
‑
200μm，柱高度为400
‑
1200μm，柱间隔为400
‑
1200μm；
[0008](2)低表面能处理：
[0009]采用低表面能物质对步骤(1)中的含有柱状微结构的材料进行低表面能处理，得到可使微小液体聚集并自动脱离的材料。
[0010]在本专利技术的一种实施方式中，步骤(1)所述的固体材料包括金属、合金、硅、聚四氟乙烯、聚酯、聚丙烯、聚乙烯、聚氯乙烯等中的一种。
[0011]在本专利技术的一种实施方式中，步骤(1)所述的构筑柱状微结构的方法包括电感耦合等离子体(ICP)深度硅刻蚀法、线火花切割法、激光刻蚀法等中的一种。
[0012]在本专利技术的一种实施方式中，步骤(2)所述的低表面能物质包括含氟和烷烃类低表面能物质；其中，含氟低表面能物质包括聚四氟乙烯类乳液(固含量为20
‑
60％)、全氟烷基类三氯硅烷、含氟聚氨酯类拒水乳液(固含量为10
‑
50％)、含氟聚丙烯酸酯类拒水乳液(固含量为10
‑
50％)等中的一种或几种；无氟类低表面能物质包括有机硅类拒水乳液(固含
量为10
‑
50％)、丙烯酸酯类拒水乳液(固含量为10
‑
50％)、聚氨酯改性丙烯酸酯类拒水乳液(固含量为10
‑
50％)等中的一种或几种。
[0013]在本专利技术的一种实施方式中，步骤(2)所述的低表面能处理是通过喷涂法或气相沉积法进行处理；其中，喷涂法中喷涂的用量为0.01
‑
0.1mL/cm2，喷涂之后自然晾干；气相沉积法中沉积的厚度为0.5
‑
5μm。
[0014]本专利技术的第二个目的是本专利技术所述的方法制备得到的可使微小液体聚集并自动脱离的材料。
[0015]本专利技术的第三个目的是本专利技术所述的可使微小液体聚集并自动脱离的材料在制备功能材料中的应用。
[0016]在本专利技术的一种实施方式中，所述的功能材料包括微电子元件、微控设备、集雾设备、防润湿设备、防水设备、建筑材料外层和汽车玻璃的防水层。
[0017]本专利技术的第四个目的是提供一种可以有效抵抗有毒有害小液滴在材料表面沉积的方法，所述的方法采用了本专利技术所述的可使微小液体聚集并自动脱离的材料。
[0018]在本专利技术的一种实施方式中，所述的有毒有害小液滴包括喷雾农药。
[0019]本专利技术的第五个目的是提供一种玻璃除雾和除雨滴的方法，所述的方法采用了本专利技术所述的可使微小液体聚集并自动脱离的材料。
[0020]本专利技术的第六个目的是提供一种利用昼夜温差的水汽冷凝效应收集环境中水分的方法，所述的方法采用了本专利技术所述的可使微小液体聚集并自动脱离的材料。
[0021]本专利技术的有益效果：
[0022](1)本专利技术通过在材料表面合理布局直径、高度、分布密度一定的柱状微结构，并降低材料和柱状结构的表面能量，得到了不仅能阻拒大体积液体而且能有效汇集微小液滴并使其自动脱离的材料。
[0023](2)本专利技术制备得到的材料可使微小液体聚集并自动脱离。在雨天或雾天环境中，微小液滴在车辆的玻璃或者建筑物的玻璃表面覆盖，由于每个独立小液滴对光线的散射导致材料的可透视度降低，严重影响驾驶人和建筑内人员的视觉效果。本专利技术制备的材料在雨天或雾气环境中，可以有效的使其表面的小液滴汇集成大体积液滴，且液滴易于滚动脱离材料表面。
[0024](3)本专利技术制备得到的可使微小液体聚集并自动脱离的材料，可以有效的汇集雾气环境中的水分，可适用于缺水干旱地区；也可以利用昼夜温差的水汽冷凝效应，高效收集环境中的水分。
附图说明
[0025]图1：圆柱状结构在材料表面的分布示意图。
[0026]图2：微小液滴在圆柱状结构在材料表面的自发聚集示意图。
[0027]图3：通过深度硅刻蚀法得到的硅板表面的光学影像。
[0028]图4：俯视角度拍摄的圆柱结构。
[0029]图5：硅板表面的微纳米结构。
[0030]图6：微小液滴在可以有效汇集微液滴并自动排出的材料表面形成聚集液的照片。
具体实施方式
[0031]以下对本专利技术的优选实施例进行说明，应当理解实施例是为了更好地解释本专利技术，不用于限制本专利技术。
[0032]测试方法：
[0033]1、集水率的测试：将直径为4英寸的样品置于倾斜45
°
的同等尺寸样品台，距离材料最下端5cm处垂直放置试管，在环境温度为25℃条件下，以加湿器(YC
‑
D205 YaDu)施加微小液滴，加湿速度为5mL/min，加湿10min后，测量试管前后重量的变化。
[0034]以下式(1)计算集水率C1：
[0035][0036]其中，W0为试管集水前质量(g)，W1为试管集水后质量(g)。
[0037]2、增重率的测试：将直径为4英寸的样品固定在倾斜45
°
的同等尺寸样品台，置于体积为40cm
×
30cm
×
30cm的亚克力密封箱中，在环境温度为25℃条件下，加湿器(YC
‑
D本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种制备可使微小液体聚集并自动脱离的材料的方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)材料表面构筑微结构：在固体材料表面构筑柱状微结构，得到含有柱状微结构的材料；其中，柱状微结构包括圆柱状微结构和棱柱状微结构；圆柱状微结构的底面直径为50
‑
200μm，柱高度为400
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1200μm，柱间隔为400
‑
1200μm；棱柱状微结构的底面顶点间最大距离为50
‑
200μm，柱高度为400
‑
1200μm，柱间隔为400
‑
1200μm；(2)低表面能处理：采用低表面能物质对步骤(1)中的含有柱状微结构的材料进行低表面能处理，得到可使微小液体聚集并自动脱离的材料。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)所述的构筑柱状微结构的方法包括电感耦合等离子体(ICP)深度硅刻蚀法、线火花切割法、激光刻蚀法等中的一种。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(2)所述的低表面能处理是通过喷涂法或气相沉积法进行处理；其中，喷涂法中喷涂的用量为...

【专利技术属性】
技术研发人员：杜金梅，安晓南，许长海，蒋阳，王小艳，张正，赵治涛，云娟娟，洪温钦，
申请(专利权)人：青岛大学，
类型：发明
国别省市：