【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种基于激光诱导石墨烯的柔性仿生梯度润湿性表面的制备方法，属于材料表面处理。
技术介绍
1、材料表面的润湿性能显著影响液滴在其表面的运动铺展行为。随着表面科学及微流体系统的发展，液滴在具有不同润湿性能的同一表面上的定向输运及自驱动成为研究的热点，梯度润湿性表面应运而生。液滴在梯度润湿性表面上无需外力驱动便可沿着设计的路线运移到相应的位置，广泛应用于雾气收集、油水分离、凝结换热等领域。随着微流控技术和生物医学的发展，微小液滴在梯度润湿性表面上的自输运在细胞粘附、微流控芯片、蛋白筛选、生物医药以及快速检测分析领域都有广泛的应用前景。
2、师法自然，梯度润湿性表面的灵感便是来源于大自然。荷叶表面具有低粘附超疏水性，水滴在荷叶表面极易滚动。而玫瑰花瓣具有高粘附超疏水性，水滴在其表面不易铺展但很难滚动。低粘附的超疏水表面有助于液滴的输运，而高粘附的超疏水表面有助于液滴的收集，这为液滴的定向输运和收集提供了仿生学和材料学上的借鉴。沙漠甲虫背部亲疏相间的图案化结构、水稻叶片和仙人掌的针状刺等可以快速收集水分，为构建不同润湿性的结构以及梯度润湿性表面提供了灵感。
3、梯度润湿性表面的制备方法有模板法、激光刻蚀、光刻法、溶胶-凝胶法、化学气相沉积、电化学刻蚀、自组装法、离子交换法、静电纺丝法、紫外光照法等。模板法操作简单，但是制备结构单一、反应空间有限；光刻法需要昂贵的设备，不利于大规模推广应用；溶胶-凝胶法和化学气相沉积往往需要有机溶剂，对环境和操作者有害；电化学刻蚀适应性强、均匀性好，但刻蚀的精度不够高；
4、碳基材料具有较高机械强度、良好的导电性、柔性、化学稳定性和生物相容性，利用石墨烯天然的结构特征和化学性质可以实现表面润湿性的调控。并且具有梯度润湿性表面材料良好的柔韧性，利于其应用于生物医学、便携式可穿戴性快速检测、微流控芯片核酸建库、航空航天、能源动力等领域。然而，目前的制备技术多需要特殊设备和专业操作人员，成本高，工艺繁琐，有些还停留在实验室概念阶段，阻碍了石墨烯技术在柔性梯度润湿性表面制备工艺上的应用。
5、因此，工艺简单、成本低廉、无需特殊设备、易于操作、安全环保、表面结构多样可控、可以大规模制备的柔性梯度润湿性表面的制备方法亟待开发。
技术实现思路
1、针对现有技术存在的不足，本专利技术提供一种基于激光诱导石墨烯的柔性仿生梯度润湿性表面的制备方法。本专利技术方法不同于复杂的激光刻蚀、化学气相沉积、紫外光刻等多级微纳结构制备方法，也不同于水凝胶复杂的合成方式来制备柔性表面；本专利技术使用pdms(聚二甲基硅氧烷)聚合物和固化剂制备柔性pdms衬底，使用小型便携式激光雕刻机在聚酰亚胺薄膜上制备激光诱导石墨烯(lig)，并将在空气中制备的不同阵列密度的lig转移到柔性pdms衬底表面，然后在复合基底表面滴加不同浓度的乙醇溶液，制备了柔性仿生梯度润湿性表面；本专利技术制备工艺简单，成本低廉，无需特殊设备，易于操作，安全环保，表面结构多样可控，可以实现大规模制备；所得材料具有良好的柔性，其表面具有良好的梯度疏水性(超疏水-疏水-亲水)和梯度粘附性，即良好的表面梯度润湿性。
2、本专利技术的技术方案如下：
3、一种基于激光诱导石墨烯的柔性仿生梯度润湿性表面的制备方法，包括步骤：
4、(1)将pdms聚合物和固化剂混合均匀，经去除气泡、固化得到柔性pdms衬底；
5、(2)对聚酰亚胺薄膜进行激光雕刻以在聚酰亚胺薄膜表面制备具有不同阵列密度的激光诱导石墨烯；
6、(3)将柔性pdms衬底与聚酰亚胺薄膜表面的具有不同阵列密度的激光诱导石墨烯相贴合，然后剥离掉聚酰亚胺薄膜，从而实现将聚酰亚胺薄膜表面的激光诱导石墨烯完整的转移到柔性pdms衬底表面，得到复合基底；
7、(4)分别将不同质量浓度的乙醇溶液滴加至复合基底激光诱导石墨烯表面的不同位置，经干燥制备得到基于激光诱导石墨烯的柔性仿生梯度润湿性表面。
8、根据本专利技术优选的，步骤(1)中，固化剂为rtv-615硅橡胶化合物；pdms聚合物和固化剂的质量比为5-25:1。
9、根据本专利技术优选的，步骤(1)中，去除气泡的方法为室温抽真空0.5-2h。
10、根据本专利技术优选的，步骤(1)中，固化方法如下：于70-90℃下固化1-4小时，然后室温固化10-25min。
11、根据本专利技术优选的，步骤(1)中，柔性pdms衬底的厚度为0.2mm-5cm。
12、根据本专利技术优选的，步骤(2)中，聚酰亚胺薄膜的厚度为25μm-3mm；聚酰亚胺薄膜尺寸和柔性pdms衬底尺寸相同。
13、根据本专利技术优选的，步骤(2)中，聚酰亚胺薄膜在进行激光雕刻之前还包括清洗的步骤，具体如下：聚酰亚胺薄膜依次于无水乙醇、去离子水中分别各超声清洗5-15min。
14、根据本专利技术优选的，步骤(2)中，激光雕刻方法如下：将阵列图案导入激光雕刻机，设置激光功率和激光扫描速度，对聚酰亚胺薄膜进行激光雕刻以在聚酰亚胺薄膜表面制备具有不同阵列密度的激光诱导石墨烯；激光雕刻机所用波长为460nm，激光功率设置为在1w-4w内或2w-6w内递增，激光扫描速度设置为在110mm/s-60mm/s内或120mm/s-60mm/s内递减。
15、优选的，激光雕刻方法如下：将激光聚焦于聚酰亚胺薄膜表面，一列紧接一列的进行扫描；首先在激光功率为1w、激光扫描速度为110mm/s的条件下扫描数列，然后分别在激光功率为2w、激光扫描速度为100mm/s，激光功率为2w、激光扫描速度为90mm/s，激光功率为3w、激光扫描速度为80mm/s，激光功率为3w、激光扫描速度为70mm/s，激光功率为4w、激光扫描速度为60mm/s条件下各扫描数列，制备得到具有不同本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于激光诱导石墨烯的柔性仿生梯度润湿性表面的制备方法，包括步骤：
2.根据权利要求1所述基于激光诱导石墨烯的柔性仿生梯度润湿性表面的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，包括以下条件中的一项或多项：
3.根据权利要求1所述基于激光诱导石墨烯的柔性仿生梯度润湿性表面的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，包括以下条件中的一项或多项：
4.根据权利要求1所述基于激光诱导石墨烯的柔性仿生梯度润湿性表面的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，激光雕刻方法如下：将阵列图案导入激光雕刻机，设置激光功率和激光扫描速度，对聚酰亚胺薄膜进行激光雕刻以在聚酰亚胺薄膜表面制备具有不同阵列密度的激光诱导石墨烯；激光雕刻机所用波长为460nm，激光功率设置为在1w-4w内或2w-6w内递增，激光扫描速度设置为在110mm/s-60mm/s内或120mm/s-60mm/s内递减。
5.根据权利要求4所述基于激光诱导石墨烯的柔性仿生梯度润湿性表面的制备方法，其特征在于，激光雕刻方法如下：将激光聚焦于聚酰亚胺薄膜表面，一列紧接一列的进行扫描；首先在激光功率为1w
6.根据权利要求1所述基于激光诱导石墨烯的柔性仿生梯度润湿性表面的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，激光雕刻是采用小型便携式激光雕刻机进行。
7.根据权利要求1所述基于激光诱导石墨烯的柔性仿生梯度润湿性表面的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，柔性PDMS衬底与聚酰亚胺薄膜表面的具有不同阵列密度的激光诱导石墨烯相贴合后，静待5-15min，然后剥离掉聚酰亚胺薄膜。
8.根据权利要求1所述基于激光诱导石墨烯的柔性仿生梯度润湿性表面的制备方法，其特征在于，步骤(4)中，包括以下条件中的一项或多项：
9.根据权利要求1所述基于激光诱导石墨烯的柔性仿生梯度润湿性表面的制备方法，其特征在于，步骤(4)中，基于激光诱导石墨烯的柔性仿生梯度润湿性表面的制备方法包括步骤：将无水乙醇滴加至复合基底激光诱导石墨烯的超疏水表面；将质量浓度小于100％的乙醇水溶液滴加至复合基底激光诱导石墨烯的疏水表面；复合基底激光诱导石墨烯的亲水表面不滴加任何溶液；室温干燥即得基于激光诱导石墨烯的柔性仿生梯度润湿性表面；其中，超疏水表面为接触角＞150°的表面，疏水表面为接触角介于90°-150°之间的表面，亲水表面为接触角＜90°的表面。
10.根据权利要求9所述基于激光诱导石墨烯的柔性仿生梯度润湿性表面的制备方法，其特征在于，基于激光诱导石墨烯的柔性仿生梯度润湿性表面的制备方法包括步骤：将无水乙醇滴加至激光功率为1w、激光扫描速度为110mm/s条件下形成的复合基底激光诱导石墨烯的超疏水表面；将质量浓度为80％、70％、50％、30％的乙醇水溶液依次滴加至激光功率为2w、激光扫描速度为100mm/s，激光功率为2w、激光扫描速度为90mm/s，激光功率为3w、激光扫描速度为80mm/s，激光功率为3w、激光扫描速度为70mm/s条件下形成的复合基底激光诱导石墨烯的疏水表面；激光功率4w、激光扫描速度60mm/s条件下形成的复合基底激光诱导石墨烯的亲水表面不滴加任何溶液；室温干燥即得基于激光诱导石墨烯的柔性仿生梯度润湿性表面；
...【技术特征摘要】
1.一种基于激光诱导石墨烯的柔性仿生梯度润湿性表面的制备方法，包括步骤：
2.根据权利要求1所述基于激光诱导石墨烯的柔性仿生梯度润湿性表面的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，包括以下条件中的一项或多项：
3.根据权利要求1所述基于激光诱导石墨烯的柔性仿生梯度润湿性表面的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，包括以下条件中的一项或多项：
4.根据权利要求1所述基于激光诱导石墨烯的柔性仿生梯度润湿性表面的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，激光雕刻方法如下：将阵列图案导入激光雕刻机，设置激光功率和激光扫描速度，对聚酰亚胺薄膜进行激光雕刻以在聚酰亚胺薄膜表面制备具有不同阵列密度的激光诱导石墨烯；激光雕刻机所用波长为460nm，激光功率设置为在1w-4w内或2w-6w内递增，激光扫描速度设置为在110mm/s-60mm/s内或120mm/s-60mm/s内递减。
5.根据权利要求4所述基于激光诱导石墨烯的柔性仿生梯度润湿性表面的制备方法，其特征在于，激光雕刻方法如下：将激光聚焦于聚酰亚胺薄膜表面，一列紧接一列的进行扫描；首先在激光功率为1w、激光扫描速度为110mm/s的条件下扫描数列，然后分别在激光功率为2w、激光扫描速度为100mm/s，激光功率为2w、激光扫描速度为90mm/s，激光功率为3w、激光扫描速度为80mm/s，激光功率为3w、激光扫描速度为70mm/s，激光功率为4w、激光扫描速度为60mm/s条件下各扫描数列，制备得到具有不同阵列密度的激光诱导石墨烯；
6.根据权利要求1所述基于激光诱导石墨烯的柔性仿生梯度润湿性表面的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，激光雕刻是采用小型便携式激光雕刻机进行。
7.根据权利要求1所述基于激光诱导石墨烯的柔性仿生梯度润...
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