利用高压静电纺丝翻模在材料表面得到微纳米结构的方法技术

本发明专利技术提供一种利用高压静电纺丝翻模在热固性材料表面得到微纳米结构的方法，通过使用高压静电纺丝为模板，将纺丝粘在胶带上进行固定，然后用热固性聚合物的液体预聚物进行翻模，通过热固化后将胶带揭下，纺丝在固化的聚合物表面产生相应图案的沟槽，大小与纺丝相当，形貌互补，该形貌可以作为纳流控管道，进行纳流控的操作，还可以诱导神经细胞生长以及可以使聚合物表面疏水。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于材料加工领域，涉及一种在材料表面得到微结构的方法，具体涉及一种利用高压静电纺丝翻模在热固性材料表面得到微纳米结构的方法。
技术介绍
在材料表面形成微纳米结构的常规方法目前主要为刻蚀，即通过化学试剂在材料表面刻蚀掉有规则或者无规的图形而产生微结构，如用氢氟酸在硅片或者玻璃表面刻蚀出微纳米结构；或者通过已有微结构进行翻模，比如使用光刻在硅片表面通过控制光刻胶的聚合产生微纳米结构，然后再对这些结构使用热塑性或者热固性聚合物进行翻模，得到表面具有互补微结构的材料。非常规方法有利用加热或电子束轰击等方法产生褶皱及用高能电子束对塑料表面进行轰击得到微结构等。然而以上方法中，使用化学刻蚀的方法无法得到表面光滑、精确可控的微结构，刻蚀的表面一般比较粗糙，而且在刻蚀微小图形时误 差比较大；高能电子束刻蚀的方法需要很昂贵的仪器，以及熟练的操作人员，成本非常高；利用翻模得到细微结构的方法局限在于，当光刻模板尺度小于10微米时，由于光的衍射作用，误差会很大，无法精确控制或者得到更小的图形。
技术实现思路
为解决上述问题，本专利技术的目的在于提供一种利用高压静电纺丝翻模在热固性材料表面得到微纳米结构的方法，本专利技术的另一个目的在于提供所述微纳米结构的应用。本专利技术的目的是通过以下技术实现的。一方面，本专利技术提供的一种利用高压静电纺丝翻模在热固性材料表面得到微纳米结构的方法，其包括以下步骤I)电纺注射器中装入高分子溶液，在注射器针头与接收基底间施加高压电，使得注射器中的高分子溶液被拉伸，从而产生纺丝，沉积在接收基底上，其中，通过控制注射器针头与接收基底间的工作距离、施加的高压电、注射器喷出溶液的速度、环境温度和湿度、高分子的种类和浓度以及溶解高分子的溶剂等条件，可以得到微米到纳米级的不同纺丝，通过使用不同的接收基底，可以得到无序或者排列的纺丝；2)转移将纺丝固定在胶带的粘性面，这样纺丝就被转移到胶带上了，并且保持原有的形貌；3)翻模固定胶带，使有纺丝的粘性面向上，没有粘性的一面向下，将液体状的热固性聚合物的预聚物倾倒在胶带粘性面上，加热使预聚物固化，然后将胶带揭下，由于纺丝是固定在胶带上的，胶带揭下的时候纺丝也会被一起揭下来，聚合物表面就会产生与胶带上的纺丝结构互补的微结构。进一步，所述步骤I)包括所述高分子溶液的质量百分比浓度为10-20% ；所述高分子溶液包括聚苯乙烯/ 二甲基甲酰胺溶液、聚偏氟乙烯/二甲基甲酰胺溶液、聚碳酸酯/三氯甲烷溶液、聚乙烯吡咯烷酮/水溶液或聚乙烯醇/水溶液，优选聚苯乙烯/二甲基甲酰胺溶液；所述注射器针头与接收基底间的工作距离为5-20cm，优选为IOcm ；所述施加的高压电为5_25kV，优选为15kV ；所述接收基底包括表面光滑的铝箔、两块平行金属板或转轴，其中，表面光滑的铝箔作为无序纺丝的接收基底，两块平行金属板或者转轴作为排列纺丝的接收基底，优选地，所述的两块平行金属板间隔0. 5cm-10cm,优选为4cm。进一步,所述步骤2)包括当步骤I)得到用铝箔接收的无序纺丝时，直接用胶带轻粘该铝箔表面，使无序纺 丝固定在胶带的粘性面上；当步骤I)得到用两块平行金属板接收的平行排列的纺丝时，先将纺丝转移到一个光滑洁净的平面上，再用胶带轻粘该转移了纺丝的平面，使平行纺丝固定在胶带的粘性面上，优选地，将纺丝转移到光滑洁净的平面之后，将该平面水平旋转，旋转度数优选为90°，将再次得到的平行纺丝转移到该平面上，并盖在刚才接收的纺丝之上，且垂直于第一次接收的纺丝，两次转移的纺丝在所述平面上就形成相互垂直的交叉网格，再用胶带轻粘该转移了纺丝的平面，使网格纺丝固定在胶带的粘性面上；进一步优选地，所述光滑洁净的平面包括玻璃板或聚二甲基硅氧烷平板，更优选为玻璃板。当步骤I)得到用转轴接收的平行缠绕在转轴上的纺丝时，直接用胶带轻粘该转轴表面，使平行纺丝固定在胶带的粘性面上；纺丝直接互相平行。进一步，步骤3)中，所述热固性聚合物包括聚二甲基硅氧烷(PDMS)、酚醛树脂、硫化橡胶或聚甲基丙烯酸甲酯，优选为聚二甲基硅氧烷。另一方面，本专利技术还提供了根据上述方法在热固性材料表面得到的微纳米结构在诱导神经细胞和神经胶质细胞的生长、进行纳流控操作以及提高聚合物表面疏水性能方面的应用。本专利技术提供的一种利用高压静电纺丝翻模在热固性材料表面得到微纳米结构的方法，避免了使用光刻、化学刻蚀等需要复杂仪器或者工艺的方法，从而在热固性聚合物表面得到微纳米尺度的管道和交叉管道。此外，利用本专利技术提供的方法在热固性聚合物的表面得到的微结构可以有以下应用I.微管道可以作为纳流控管道，进行纳流控的操作；2.聚合物表面的微管道可以诱导神经细胞生长；3.聚合物表面的微纳结构可以使表面疏水。附图说明以下，结合附图来详细说明本专利技术的实施方案，其中图I为本专利技术提供方法的电纺装置以及无序纺丝的接收和转移示意图，其中，a为高分子溶液，b为注射器，c为表面光滑的铝箔，d为无序排列的纺丝，e为胶带；图2-A为无序纺丝的翻模方法示意图，图2-B为图2_A剖面的局部放大图，其中，f为热固性聚合物的预聚物，g为固化以后的热固性聚合物；图3为电纺平行纺丝及其接收和转移方法示意图，其中，a为高分子溶液，b为注射器，C为两块平行金属板，d为平行排列的纺丝，e为光滑洁净的平面，f为胶带；图4为利用本专利技术提供的方法在在热固性聚合物表面产生的微结构SEM(Scanning Electron Microscopy)图，其中，a_d为微管道结构，e_f为微网格结构具体实施例方式以下结合附图I和2，详细说明本专利技术的具体实施例方式如图I所示，首先，在装有高分子溶液(a)的注射器(b)针头与接收基底，即铝箔(C)，之间施加高压电，使得注射器中的高分子溶液被拉伸，从而产生纺丝(d)，并沉积在铝 箔上；然后，用透明胶带(e)的粘性面轻粘沉积了纺丝的铝箔，使纺丝固定在透明胶带的粘性面；最后，固定透明胶带，使有纺丝的粘性面向上，没有粘性的一面向下，将液体状的热固性聚合物的预聚物(f)倾倒在胶带粘性面上，加热使预聚物固化，然后将胶带连同纺丝一起揭下，聚合物(g)表面就会产生与胶带上的纺丝结构互补的无序微结构。如图2所示，首先，在装有高分子溶液(a)的注射器(b)针头与接收基底，即相隔一定距离的两块平行金属板(C)，之间施加高压电，使得注射器中的高分子溶液被拉伸，从而产生纺丝(d)，并有序地沉积在两块平行金属板之间，且纺丝的两端分别连接在两块平行金属板上；然后，将得到的平行纺丝转移到光滑洁净的平面(e)上，将该平面水平旋转90°后，将再一次得到的平行纺丝转移到该平面上，平面上会得到垂直网格结构，再用透明胶带(f)的粘性面轻粘该转移了纺丝的平面，使纺丝固定在透明胶带的粘性面。下面结合具体的实施例，并参照数据进一步详细描述本专利技术。应理解，这些实施例只是为了举例说明本专利技术，而非以任何方式限制本专利技术的范围。在以下的实施例中，未详细描述的各种过程和方法是本领域中公知的常规方法。所用试剂的来源、商品名以及有必要列出其组成成分者，均在首次出现时标明，其后所用相同试剂如无特殊说明，均以首次标明的内容相同。实施例I使用高压静电纺丝装置进行聚苯乙烯高分子溶液的电纺，聚苯乙烯高分子溶液浓度为20%，溶剂为二甲基甲酰胺。在工作本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种利用高压静电纺丝翻模在热固性材料表面得到微纳米结构的方法，其包括以下步骤：1)电纺：注射器中装入高分子溶液，在注射器针头与接收基底间施加高压电，使得注射器中的高分子溶液被拉伸，从而产生纺丝，沉积在接收基底上；2)转移：将纺丝固定在胶带的粘性面；3)翻模：固定胶带，使有纺丝的粘性面向上，没有粘性的一面向下，将液体状的热固性聚合物的预聚物倾倒在胶带粘性面上，加热使预聚物固化，然后将胶带揭下，聚合物表面就会产生与胶带上的纺丝结构互补的微结构。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：蒋兴宇，刘颖昳，孙一，张伟，
申请(专利权)人：国家纳米科学中心，
类型：发明
国别省市：