CN103058128A - 一种制备超疏油表面的非均匀热压变形法 - Google Patents
一种制备超疏油表面的非均匀热压变形法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN103058128A CN103058128A CN201210569835XA CN201210569835A CN103058128A CN 103058128 A CN103058128 A CN 103058128A CN 201210569835X A CN201210569835X A CN 201210569835XA CN 201210569835 A CN201210569835 A CN 201210569835A CN 103058128 A CN103058128 A CN 103058128A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- micro
- nano structure
- preparation
- high temperature
- thermoplastic
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 41
- 238000007731 hot pressing Methods 0.000 title 1
- 239000002086 nanomaterial Substances 0.000 claims abstract description 52
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 claims abstract description 29
- 229920001169 thermoplastic Polymers 0.000 claims abstract description 20
- 239000004416 thermosoftening plastic Substances 0.000 claims description 15
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 11
- 230000006835 compression Effects 0.000 claims description 8
- 238000007906 compression Methods 0.000 claims description 8
- 238000000820 replica moulding Methods 0.000 claims description 5
- 238000003754 machining Methods 0.000 claims description 3
- 239000012815 thermoplastic material Substances 0.000 abstract description 2
- 238000002161 passivation Methods 0.000 description 6
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 4
- 229920001684 low density polyethylene Polymers 0.000 description 4
- 239000004702 low-density polyethylene Substances 0.000 description 4
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 3
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 3
- 238000005287 template synthesis Methods 0.000 description 3
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 2
- 238000001523 electrospinning Methods 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 230000002977 hyperthermial effect Effects 0.000 description 2
- 238000001020 plasma etching Methods 0.000 description 2
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 2
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 1
- 230000000295 complement effect Effects 0.000 description 1
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 1
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 1
- 238000003672 processing method Methods 0.000 description 1
- 230000001737 promoting effect Effects 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 1
- 238000002910 structure generation Methods 0.000 description 1
- 230000003075 superhydrophobic effect Effects 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Shaping Of Tube Ends By Bending Or Straightening (AREA)
Abstract
本发明涉及功能表面制备技术领域，特指一种制备超疏油表面的非均匀热压变形法，其适用于热塑性聚合物超疏油表面的制备，尤其适用于简易条件下的超疏油表面的制备。该方法是先制备出热塑性材料的普通微纳结构表面；再将该微纳结构表面压在一高温的光滑平直表面上使微纳结构实现非均匀热变形，从而实现二次凹槽结构的制备。本发明所需的设备简单，可在简易条件下实现超疏油表面的制备，制备成本低，容易批量制备。
Description
技术领域
本发明涉及功能表面制备技术领域，特指一种制备超疏油表面的非均匀热压变形法，其适用于热塑性聚合物超疏油表面的制备，尤其适用于简易条件下的超疏油表面的制备。
背景技术
超疏油表面是指能够使表面张力较小的液滴（如油液液滴）能够在其表面呈现大接触角（>130°）的表面。由于能够使油液液滴具有较大的接触角，该表面将超疏水表面的性能拓展到了油液环境，可实现更加优异的自洁和减阻性能。因此，超疏油表面在近年来得到了广泛的关注。
表面的超疏油功能实现有赖于表面特殊的微纳结构，为实现超疏油表面微纳结构参数的设计，我们提出了“一种新型超疏油表面结构设计方法”（国家发明专利，申请号CN201010132465.4），根据理论分析，这种结构的表面具有超疏油性能。事实上，以往关于超疏油表面的文献（Ahuja A,Taylor J A,Lifton V， Sidorenko A A,Salamon T R,Lobaton E J,Kolodner P， Krupenkin T N.Nanonails:A Simple Geometrical Approach to Electrically TunableSuperlyophobic Surfaces.Langmuir2008,24:9-14.和Tuteja A,Choi W，Ma M,Mabry J M,Mazzella S A,Rutledge G C,McKinley G H,Cohen R E.Designing Superoleophobic Surfaces.Science2007,318:1618-1622.）表明，制备具有二次凹槽结构（即微纳结构的顶端截面面积大于微纳结构靠近基底1部位处的截面面积，如附图1所示，微结构2的顶端宽度大于底端宽度）的表面是超疏油功能实现的关键。由于二次凹槽结构较为复杂，采用模板法制备时不满足脱模规律，如果采用普通的模板法制备二次凹槽结构表面，则每制备一个表面就需要一个模板，这使得普通的模板法丧失其优势，所以一般不采用模板法制备具有超疏油性能的二次凹槽结构表面。为了实现这些二次凹槽结构的精确制备，目前常用的方法是微纳加工方法中的Bosch工艺。该工艺在高真空条件下，采用等离子体刻蚀待加工表面，在该过程中采用掩模版来控制加工的平面图案。进行初次刻蚀后，由于等离子体刻蚀具有各向同性刻蚀的特点，所以若仅作一次刻蚀，获取的结构只能是球冠状结构。采用Bosch工艺后，可在已刻蚀的表面上进行钝化处理，经过钝化处理后，采用高速等离子体轰击钝化层，此时掩模版的孔部位垂直投影处的钝化层得以去除，而在侧壁上的钝化层不受影响，残留的钝化层对结构的侧壁起保护作用。在此情况下采用等离子体进行二次刻蚀即可获取具有二次凹槽结构的表面。虽然采用这种方法能够保证二次凹槽结构的可控制备，但该方法所需要较昂贵的设备和较严格的真空条件限制了该方法的推广使用。
为了在一般条件下制备超疏油表面，目前多个课题组采用静电纺丝方法进行了研究。采用该方法所制备的圆柱状细丝沉积在表面上后可构造出二次凹槽结构，然而，由于细丝的直径很小，构造的二次凹槽结构深度有限。这种有限深度的二次凹槽结构使表面的超疏油性能及其稳定性都受到影响。同时，由于细丝排布的规律性差，使得该方法难以实现二次凹槽结构的可控制备。
总之，就目前制备超疏油表面方法来看，采用Bosch工艺需要价格高昂的设备且制备过程复杂，而静电纺丝方法中，制备二次凹槽结构的可控性差，这在很大程度上影响了表面的超疏油性能及其稳定性。为实现超疏油表面的制备，本发明提出一种基于聚合物热变形的非均匀热压变形法。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于制备超疏油表面的非均匀热压变形法，实现简易条件下的热塑性材料的超疏油表面的可控制备。
本发明按下述技术方案实现：
一种用于制备超疏油表面的非均匀热压变形法，是：首先制备出热塑性材料的普通的微纳结构表面；再将该微纳结构表面压在一高温的光滑平直表面上使微纳结构实现非均匀热变形，从而实现二次凹槽结构的制备。
上述方法中，所采用的材料是热塑性材料，即在温度较高的情况下材料具有一定的流动和变形性能的材料。
上述方法中，需要首先制备普通的微纳结构表面，可以通过复制模塑法制备，所制备的微纳结构是满足脱模规律的结构，呈外截面（靠近微结构的顶端）稍小于或等于内截面（靠近基底）的形状，同一表面上各微纳结构具有相同的高度，即微纳结构顶端处于通一平面上；也可以通过激光加工微纳结构的方法来实现，将表面加工成的微柱结构表面。
上述方法中，非均匀热变形是热塑性材料的普通微纳结构表面与高温光滑平直表面接触时，靠近高温表面的部位的热塑性材料处于温度较高的状态，其流动性和变形性较好，而远离高温表面的部位的热塑性材料温度较低，流动性和变形性差，当普通微纳结构表面和高温表面间承受一定压力（10Pa<P<5000Pa）时，微纳结构的各个部位变形不同，靠近高温表面的部位变形成为截面较大的结构，而其他部位的结构基本不变。
上述方法中，高温光滑平直表面的温度决定于所选的热塑性材料的性质，所选的温度范围为材料熔点上下10°C范围内。
上述方法中，当二次凹槽结构形成后（加压后5~10s），降低高温表面的温度使热塑性材料固化，降温速率为1~50°C/s，在此过程中缓慢降低普通聚合物结构表面和高温表面间的压力。
上述方法中，温度降低到室温后，从光滑平直表面上将所制备的二次凹槽结构表面分离下来，即可获取所需表面。
本发明具有如下技术优势：
所需的设备简单，可在简易条件下实现超疏油表面的制备，制备成本低，容易批量制备。
制备表面的二次凹槽结构的可通过调节施加压力的时间和压力的大小来进行调节。
附图说明
图1二次凹槽结构示意图
图2非均匀热压变形法流程
1表面基底，2二次凹槽结构，3普通微纳结构表面，4高温光滑平直表面，5具有二次凹槽结构的超疏油表面。
具体实施方式
下面结合图2说明本发明提出的具体工艺的实施细节和工作情况。
制备超疏油表面的非均匀热压变形法如附图2所示，主要包括两个步骤：制备普通的微纳结构表面；在普通的微纳结构表面上构造出具有二次凹槽结构的表面。
首先需要通过一定的方法将热塑性材料表面加工成普通微纳结构表面3，该表面的制备方法可采用复制模塑法和激光加工方法。采用复制模塑法时首先要制备出与待加工的普通微纳结构表面3在结构上互补的模板，将待加工的热塑性表面压在模板上（施加压力范围为10Pa<P<2000Pa）并同时对模板加热，使模板的温度升高至该热塑性材料的熔点，保持压力和温度一定的时间（1~10分钟）后，降低模板温度，并将热塑性表面从模板上取下。采用激光加工方法时，初始的待加工表面为光滑平直的表面，此时将激光光斑聚焦在表面上待去除材料的部位，使该处的材料得以去除，如此将激光光斑在所有的待去除材料的部位行走若干遍，直至所获取的微纳结构满足设计要求。在激光加工中，激光光斑的直径应小于所设计的微纳结构的最小槽宽。
制备好普通微纳结构表面3后，通过非均匀热变形方法即可制备出二次凹槽结构表面。首先对光滑平直表面4进行升温处理，将其温度升高至待加工表面所用的材料的熔点附近10°C。将普通微纳结构表面的微纳结构放置于高温的光滑平直表面4上，通过在微纳结构表面和高温表面间施加压力（10Pa<P<5000Pa）的方式使微纳结构发生非均匀变形，变形后靠近高温光滑平直表面4的部位的微纳结构变宽，而其他部位只发生很小的变化。保持压力和温度一定时间（加压后5~10s）后，将高温表面4的温度降低直至室温，降温速率为1~50°C/s，在此过程中缓慢降低微纳结构表面和高温表面间的压力。
成形完毕后将所制备的微纳结构表面5从光滑平直表面4上取下（脱模），即可获取具有二次凹槽结构的表面5。已有的分析结果表明（Ahuja A,Taylor J A,Lifton V， Sidorenko A A,Salamon T R,Lobaton E J,Kolodner P，Krupenkin T N.Nanonails:A Simple GeometricalApproach to Electrically Tunable Superlyophobic Surfaces.Langmuir2008,24:9-14.和Tuteja A,Choi W，Ma M,Mabry J M,Mazzella S A,Rutledge G C,McKinley G H,Cohen R E.DesigningSuperoleophobic Surfaces.Science2007,318:1618-1622.），此类表面可实现超疏油性能。
实施例（热塑性聚合物3选用低密度聚乙烯，光滑平直表面4选用光滑Si表面）
采用复制模塑法制备普通的微纳结构表面3，其中模板选用孔阵列模板，孔直径为30μm，孔间距为100μm，在模板上呈阵列排布，将低密度聚乙烯平直板材放置于模板上，施加压强500Pa，将模板的温度升高至140°C，保持温度和压强5分钟后降低温度，待温度降至室温后从模板上取下板材即获取所需的热塑性聚合物的普通微纳结构表面。
将一光滑平直的Si片进行升温处理，升温到140°C，保持该温度并将制备好的普通微纳结构表面的微纳结构放置于此高温的Si片上，在Si片和微纳结构表面间施加压强50Pa，保持温度和压强5s后对Si片进行降温处理，降温速率为10°C/s，使Si片的温度达室温，同时逐渐降低施加的压强。待温度降至室温且压强降为0后从Si片上取下微纳结构表面，所得到的微结构表面即为具有二次凹槽的微结构表面，此表面理论上具有超疏油性能。
Claims (4)
1.一种制备超疏油表面的非均匀热压变形法，其特征在于：（1）先制备出热塑性材料的普通微纳结构表面；（2）再将该微纳结构表面压在一高温的光滑平直表面上使微纳结构实现非均匀热变形，从而实现二次凹槽结构的制备。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，微纳结构表面所采用的材料是热塑性材料。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述普通微纳结构表面，是通过复制模塑法制备，所制备的微纳结构是满足脱模规律的结构，呈外截面稍小于或等于内截面的形状，同一表面上各微纳结构具有相同的高度，即微纳结构顶端处于通一平面上；或者是通过激光加工微纳结构的方法制备，将表面加工成的微柱结构表面。
4.根据权利1所述的方法，其特征在于，步骤（2）中的微纳结构表面产生非均匀热变形，当热塑性材料的普通微纳结构表面与高温光滑平直表面接触时，靠近高温表面的部位的热塑性材料处于温度较高的状态，其流动性和变形性较好，而远离高温表面的部位的热塑性聚合物温度较低，流动性和变形性差，当普通微纳结构表面和高温表面间承受10 Pa到5000 Pa压力时，微纳结构的各个部位变形不同，靠近高温表面的部位变形成为截面较大的结构，而其他部位的结构基本不变。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201210569835XA CN103058128A (zh) | 2012-12-25 | 2012-12-25 | 一种制备超疏油表面的非均匀热压变形法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201210569835XA CN103058128A (zh) | 2012-12-25 | 2012-12-25 | 一种制备超疏油表面的非均匀热压变形法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN103058128A true CN103058128A (zh) | 2013-04-24 |
Family
ID=48101072
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201210569835XA Pending CN103058128A (zh) | 2012-12-25 | 2012-12-25 | 一种制备超疏油表面的非均匀热压变形法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN103058128A (zh) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105578659A (zh) * | 2016-02-04 | 2016-05-11 | 宁波登云信息科技有限公司 | 一种应用于路灯照明领域的智能照明控制系统 |
| CN109987578A (zh) * | 2019-04-09 | 2019-07-09 | 电子科技大学 | 一种在微型柱子表面上构造单内凹结构的方法 |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1374050A (zh) * | 2001-03-08 | 2002-10-16 | Ykk株式会社 | 整体模制的表面紧固件、连续制造方法及其连续制造设备 |
| CN101537682A (zh) * | 2009-03-16 | 2009-09-23 | 浙江工业大学 | 一种纳米颗粒辅助微模塑制备超疏水表面的方法 |
| US20100219401A1 (en) * | 2007-01-31 | 2010-09-02 | Donal Bradley | Deposition of Organic Layers |
| CN102020237A (zh) * | 2010-03-24 | 2011-04-20 | 江苏大学 | 一种新型超疏油表面结构设计方法 |
| US20110229667A1 (en) * | 2008-08-18 | 2011-09-22 | The Regents Of The University Of California | Nanostructured superhydrophobic, superoleophobic and/or superomniphobic coatings, methods for fabrication, and applications thereof |
| CN102387915A (zh) * | 2009-02-17 | 2012-03-21 | 伊利诺伊大学评议会 | 柔性微结构超疏水材料 |
-
2012
- 2012-12-25 CN CN201210569835XA patent/CN103058128A/zh active Pending
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1374050A (zh) * | 2001-03-08 | 2002-10-16 | Ykk株式会社 | 整体模制的表面紧固件、连续制造方法及其连续制造设备 |
| US20100219401A1 (en) * | 2007-01-31 | 2010-09-02 | Donal Bradley | Deposition of Organic Layers |
| US20110229667A1 (en) * | 2008-08-18 | 2011-09-22 | The Regents Of The University Of California | Nanostructured superhydrophobic, superoleophobic and/or superomniphobic coatings, methods for fabrication, and applications thereof |
| CN102387915A (zh) * | 2009-02-17 | 2012-03-21 | 伊利诺伊大学评议会 | 柔性微结构超疏水材料 |
| CN101537682A (zh) * | 2009-03-16 | 2009-09-23 | 浙江工业大学 | 一种纳米颗粒辅助微模塑制备超疏水表面的方法 |
| CN102020237A (zh) * | 2010-03-24 | 2011-04-20 | 江苏大学 | 一种新型超疏油表面结构设计方法 |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105578659A (zh) * | 2016-02-04 | 2016-05-11 | 宁波登云信息科技有限公司 | 一种应用于路灯照明领域的智能照明控制系统 |
| CN105578659B (zh) * | 2016-02-04 | 2018-02-16 | 宁波登云信息科技有限公司 | 一种应用于路灯照明领域的智能照明控制系统 |
| CN109987578A (zh) * | 2019-04-09 | 2019-07-09 | 电子科技大学 | 一种在微型柱子表面上构造单内凹结构的方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Liu et al. | Polymeric microlens array fabricated with PDMS mold-based hot embossing | |
| CN103852972B (zh) | 一种双焦点微透镜阵列的微米压印与激光诱导成形方法 | |
| CN103913784A (zh) | 一种聚合物微透镜阵列的制备方法 | |
| CN107532045A (zh) | 复合柱状物结构 | |
| CN101481079B (zh) | 一种微纳米透镜阵列的制备方法 | |
| CN103011063B (zh) | 一种制备超疏油表面的毛细成形法 | |
| CN104122746A (zh) | 压印方法、压印装置和制造物品的方法 | |
| Chang et al. | A basic experimental study of ultrasonic assisted hot embossing process for rapid fabrication of microlens arrays | |
| CN104995759A (zh) | 二次电池用衬垫 | |
| CN103149607A (zh) | 一种基于模板电诱导成形的微透镜阵列制造方法 | |
| CN103058128A (zh) | 一种制备超疏油表面的非均匀热压变形法 | |
| CN110333562A (zh) | 一种制作硅透镜的方法 | |
| Haq et al. | Fabrication of all glass microfluidic device with superior chemical and mechanical resistances by glass molding with vitreous carbon mold | |
| CN101664579A (zh) | 环氧树脂中空微针阵列的制备方法 | |
| CN103030099B (zh) | 一种制备超疏油表面的气体辅助成形法 | |
| CN103744134A (zh) | 遮光阵列透镜及其制造方法 | |
| Xu et al. | Room‐temperature molding of complex‐shaped transparent fused silica lenses | |
| CN103434060A (zh) | 一种微流控芯片模具 | |
| CN104708800A (zh) | 制作环烯烃类聚合物微流控芯片中微纳结构的软压印方法 | |
| CN106426899B (zh) | 一种用于微热压印快速成型聚合物微针的辅助装置及方法 | |
| JP2014533211A5 (zh) | ||
| KR101798301B1 (ko) | 그래핀 옥사이드 필름 제조방법 | |
| CN105399046A (zh) | 无机微光学元件批量化制作方法 | |
| CN106298452B (zh) | 一种基于阵列式点压的晶圆键合方法 | |
| US9791601B2 (en) | Method for fabricating an embedded pattern using a transfer-based imprinting |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20130424 |