CN103043596A

CN103043596A - 具有微米与纳米复合阵列结构的柔性材料及其制备方法和用途

Info

Publication number: CN103043596A
Application number: CN2012105354889A
Authority: CN
Inventors: 董智超; 马杰; 江雷
Original assignee: Institute of Chemistry CAS
Current assignee: Institute of Chemistry CAS
Priority date: 2012-12-12
Filing date: 2012-12-12
Publication date: 2013-04-17
Anticipated expiration: 2032-12-12
Also published as: CN103043596B

Abstract

本发明涉及具有微米与纳米复合阵列结构的柔性材料及其制备方法和用途。以双面蒸镀有二氧化硅的硅片为基底，用光刻和溶液湿法刻蚀的方法，在硅片的表面得到由倒金字塔形凹陷构筑的微米尺寸的微米阵列；以贵金属的颗粒为蒸发源，在硅片的表面及倒金字塔形凹陷的表面蒸镀上金属薄膜，置于马弗炉中，在硅片的表面及倒金字塔形凹陷的表面得到球形金属构筑的纳米阵列；用酸性溶液刻蚀的方法，在硅片表面的球形金属处及倒金字塔形凹陷表面的球形金属处构筑得到纳米尺寸的圆柱形凹陷阵列；以聚合物的预聚体为复型材料，一次复型得到可作为柔性光子材料等使用的本发明的柔性材料。该柔性材料的表面在空气中对水滴的接触角大于170°，滚落角小于2°。

Description

具有微米与纳米复合阵列结构的柔性材料及其制备方法和用途

技术领域

本发明属于化学化工、功能材料技术、微加工领域，特别涉及具有尺寸可控的微米阵列与纳米阵列复合阵列结构的柔性材料及其制备方法和用途。

背景技术

微米尺寸与纳米尺寸复合结构的材料，是一种具有不同于肉眼可见宏观结构的材料，即物质的结构尺寸在微米甚至纳米的范围内。研究表明，当物质的结构尺寸与某些物理常数相近似时，就会产生一些新的效应。这些物理常数包括声波的波长、光的波长、激子半径等。在表面能方面，生命体中特殊的微米与纳米复合的结构可赋予生命体特殊的表面性能。例如，自然界中某些植物叶片（如荷叶）及昆虫翅膀（如蝉、蝴蝶、蜻蜓翅膀等）表面的自清洁性，就是由于它们表面特殊的微米与纳米复合的结构使得固/液界面形成了气膜，从而导致水滴不能浸润而达到超疏水性引起的；在结构颜色方面，由于光在物质的微米与纳米复合的结构中的反射、散射、干涉或者衍射形成了特殊的颜色，并且这种颜色的形成与结构有关而与色素无关。微米尺寸与纳米尺寸可控的复合结构材料可以赋予复合结构材料可控的结构颜色，可控的微米尺寸与纳米尺寸的复合结构柔性材料因此具有光子晶体的特性，可用于开发新一代的柔性光子材料、储存材料以及显示材料。在场效应晶体管与有机光电材料方面，规整的微米尺寸与纳米尺寸的复合阵列结构能够改善基底与有机材料或聚合物材料的结合力，能够改善场效应晶体管材料的开关比和有机光电材料的光电转化效率。因此制备具有微观尺寸可控的微米尺寸与纳米尺寸的复合阵列结构的柔性材料是一个在光电材料、涂料、浸润性材料领域中具有重大意义的工作，所以如何寻找一种简便高效的方法得到微米与纳米微观尺寸可控的复合阵列结构柔性材料成为了一个人们关注的课题。

发明内容

本发明的目的在于提供具有尺寸可控的微米与纳米复合阵列结构的柔性材料。

本发明的再一目的在于提供一种柔性、微米阵列与纳米阵列的尺寸可控、微米阵列与纳米阵列的排布规整、制备成本低、制备简单的具有尺寸可控的微米与纳米复合阵列结构的柔性材料的制备方法。

本发明的另一目的在于提供具有尺寸可控的微米与纳米复合阵列结构的柔性材料的用途。

本发明的具有尺寸可控的微米与纳米复合阵列结构的柔性材料是以双面蒸镀有二氧化硅的硅片（优选是单晶（100）硅片）为基底，采用光刻和溶液湿法刻蚀的方法，在所述的硅片的表面得到由倒金字塔形凹陷构筑的微米尺寸可控的微米阵列，该由倒金字塔形凹陷构筑的微米尺寸可控的微米阵列具有图案化，倒金字塔形凹陷的大小和形状随光刻时所采用的光刻板所设计的尺寸和形貌的改变而相应改变，所述的倒金字塔形凹陷的微观深度随溶液湿法刻蚀的时间的延长而加深；以贵金属的颗粒为蒸发源，在硅片的表面及所述的倒金字塔形凹陷的表面蒸镀上金属薄膜，并置于马弗炉中，使在硅片的表面及所述的倒金字塔形凹陷的表面上的金属薄膜收缩成纳米尺寸可控的球形金属构筑的纳米阵列结构；采用酸性溶液刻蚀的方法，以球形金属构筑的纳米阵列中的金属为催化剂，催化酸性溶液刻蚀硅片，在硅片表面的球形金属处及倒金字塔形凹陷表面的球形金属处构筑得到纳米尺寸可控的圆柱形凹陷阵列；并以聚合物的预聚体为复型材料，一次复型得到一种具有超疏水、低粘附，可作为柔性显示材料，柔性信息储存材料等使用的尺寸可控的微米与纳米复合阵列结构的柔性材料。

本发明的具有尺寸可控的微米与纳米复合阵列结构的柔性材料是在聚合物膜的表面有可控纳米尺寸的圆柱形聚合物构筑的纳米阵列的凸起结构、由可控的微米尺寸的金字塔形聚合物构筑的微米阵列的凸起结构，且在微米尺寸的金字塔形聚合物的凸起上有纳米尺寸的圆柱形聚合物构筑的凸起结构。

所述的圆柱形聚合物中的圆柱的直径为100～1000纳米，高度为0.1～10微米。

所述的金字塔形聚合物的高度为1～1000微米。

所述的聚合物选自聚二甲基硅氧烷（PDMS）、聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）、聚乙烯（PE）和聚丙烯（PP）等中的一种。

本发明的具有尺寸可控的微米与纳米复合阵列结构的柔性材料具有在空气中超疏水的性质，该柔性材料的表面在空气中对水滴的接触角大于170°，滚落角小于2°。

本发明的具有尺寸可控的微米与纳米复合阵列结构的柔性材料具有无需氟化处理所导致的超疏水性（在空气中对水的接触角大于170°），且在空气中对水具有小于2微牛的低粘附的特性。空气中对水滴粘附力的测量使用的是高灵敏度的微电机械平衡系统（DataPhysics,DCAT 11 Germany）。将3微升大小的水滴用金属帽固定于空气气氛中，以0.01mms^-1的速度控制水滴与本发明的复合阵列结构的柔性材料的表面接触挤压，然后恢复原位，用计算机记录整个过程力的变化，并读出本发明的复合阵列结构的柔性材料的表面在空气中对水滴的粘附力。

本发明的具有尺寸可控的微米与纳米复合阵列结构的柔性材料的制备方法包括以下步骤：

（1）将双面蒸镀有二氧化硅的硅片（优选是单晶（100）硅片）清洗干净，在惰性气体（如氮气）下晾干；在所述的硅片的一光滑的表面旋涂一层正性光刻胶，使用365nm的汞灯进行掩膜光刻，在所述的硅片的表面得到掩膜形状的阵列图案；

（2）室温下，将氢氟酸水溶液、氟化铵水溶液、盐酸和水混合并搅拌均匀，得到混合溶液；其中，混合溶液中的氢氟酸的含量为10～20wt%、氟化铵的含量为5～30wt%、盐酸的含量为10～20wt%、余量为水；

（3）室温下，将步骤（1）得到的硅片浸入到步骤（2）得到的混合溶液中，利用溶液湿法刻蚀的方法除去硅片表面得到的掩膜形状的阵列图案处的二氧化硅保护层，再使用丙酮溶剂除去阵列图案处的二氧化硅保护层后的硅片表面的正性光刻胶；

（4）在温度为30℃～90℃的水浴温度下，将步骤（3）得到的硅片浸入到氢氧化钾水溶液中（优选氢氧化钾水溶液的质量浓度为20～55％）进行刻蚀（优选刻蚀的时间为20～60分钟），在除去二氧化硅保护层处的硅片的表面得到由倒金字塔形凹陷构筑的微米尺寸可控的微米阵列，再将所得到的硅片置于氢氟酸水溶液中进行浸泡（一般浸泡的时间为10秒左右），完全除去硅片表面所有的二氧化硅保护层；

（5）将步骤（4）得到的硅片置于金属蒸镀仪中，以贵金属的颗粒为蒸发源，在硅片的表面及所述的倒金字塔形凹陷的表面蒸镀上厚度为10nm～100nm的金属薄膜（金属薄膜的厚度的改变，可以得到由不同纳米尺寸的球形金属构筑的纳米阵列结构），将得到的蒸镀有金属薄膜的硅片置于马弗炉中，在惰性气体（如氮气）保护下进行温度为300℃～1200℃的恒温处理1～9小时，然后降温至室温，在硅片的表面及所述的倒金字塔形凹陷的表面得到由纳米尺寸可控的球形金属构筑的纳米阵列；

（6）室温下，将氢氟酸水溶液、过氧化氢水溶液、醋酸和水混合并搅拌均匀，得到混合溶液；其中，混合溶液中的氢氟酸的含量为10～20wt%、过氧化氢的含量为5～15wt%、醋酸的含量为10～30wt%、余量为水；

（7）将步骤（5）得到的硅片置于步骤（6）得到的混合溶液中反应30秒～60分钟，利用溶液湿法刻蚀的方法，在硅片表面的球形金属处及倒金字塔形凹陷表面的球形金属处构筑得到纳米尺寸可控的圆柱形凹陷阵列，从而得到具有尺寸可控的微米阵列与纳米阵列复合阵列结构的硅片；纳米尺寸可控的圆柱形凹陷阵列的直径随蒸镀金属薄膜的时间的延长而增大，所述的纳米尺寸可控的圆柱形凹陷阵列的深度随溶液湿法刻蚀的时间的延长而加深；

（8）以步骤（7）得到的具有复合阵列结构的硅片作为模版，将聚合物的预聚体倾倒在模版的表面后进行固化，（一般在温度为80℃下固化3小时左右），室温下揭起聚合物膜，在聚合物膜的表面得到可控纳米尺寸的圆柱形聚合物构筑的纳米阵列的凸起结构、由可控的微米尺寸的金字塔形聚合物构筑的微米阵列的凸起结构，且在微米尺寸的金字塔形聚合物的凸起上得到由纳米尺寸的圆柱形聚合物构筑的凸起结构，从而得到具有尺寸可控的微米与纳米复合阵列结构的柔性材料。

所述的由倒金字塔形凹陷构筑的微米尺寸可控的微米阵列中的凹陷的深度为1～1000微米。

所述的圆柱形凹陷阵列中的圆柱的直径为100～1000纳米，深度为0.1～10微米。

所述的贵金属选自金、银、铜等中的一种。

所述的聚合物的预聚体选自聚二甲基硅氧烷（PDMS）的预聚体、聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）的预聚体、聚乙烯（PE）的预聚体和聚丙烯（PP）的预聚体等中的一种。

本发明的具有尺寸可控的微米与纳米复合阵列结构的柔性材料的表面上的微米尺寸与纳米尺寸的阵列结构捕获了大量的空气，且粗糙的微米与纳米复合结构大大减小了水和柔性材料表面的接触面积，从而获得具有在空气中超疏水功能的材料（如图1所示）；具有低长径比的纳米结构点阵柔性材料具有光子晶体的性质，能够产生结构颜色，可以作为柔性光子材料、柔性信息储存材料以及柔性显示材料使用；具有高长径比的纳米结构阵列排布的纳米结构的微米与纳米复合结构的柔性材料具有吸收可见光的性质，能够作为柔性减反射材料使用；也可以以此柔性材料为基底制备场效应晶体管或光电转化材料，具有与有机材料、聚合物材料涂层很好的亲和力，能够大幅改善电子迁移率、光电转化效率等。

实验结果表明，水在本发明的复合阵列结构的柔性材料表面的接触角大于170°（如图2所示）。

本发明的具有尺寸可控的微米与纳米复合阵列结构的柔性材料具有在空气中超疏水，对水滴低粘附的性质。本发明的具有尺寸可控的微米与纳米复合阵列结构的柔性材料具有光子晶体的特性，可用于开发新一代的柔性光子材料、柔性信息储存材料以及柔性显示材料。本发明的具有尺寸可控的微米与纳米复合阵列结构的柔性材料能够提高柔性场效应晶体管材料的开关比、迁移率。该复合阵列结构的柔性材料具有操作简单、可大面积制备、微米与纳米阵列排布规整、可应用范围广泛等优点。

附图说明

图1.本发明实施例3制备的具有微米与纳米复合阵列结构的柔性聚二甲基硅氧烷材料的表面形貌的扫描电镜照片。

图2.本发明实施例3的在空气中测量水滴（3微升）在具有微米与纳米复合阵列结构的柔性聚二甲基硅氧烷材料的表面的形状照片（放大500倍）。

图3.本发明实施例3制备的在具有微米尺寸的微米阵列结构的单晶（100）硅基底的表面上具有纳米阵列结构的金球粒子阵列排布的表面形貌的显微镜图片（放大1000倍）。

具体实施方式

实施例1.

（1）将双面蒸镀有二氧化硅的单晶（100）硅片清洗干净，在氮气下晾干；在所述的单晶（100）硅片的一光滑的表面旋涂一层40μm厚的正性光刻胶(SUN-130P)，使用365nm的汞灯进行掩膜光刻30秒，在所述的单晶（100）硅片的表面得到由具有掩膜形状的边长为10μm，间距为10μm方形的阵列图案；

（2）室温下，在500ml的聚四氟乙烯细口瓶中加入47ml水，56g浓盐酸（36wt%），87g氢氟酸水溶液（46wt％），10g氟化铵，磁力搅拌混合均匀，得到混合溶液；

（3）室温下，将步骤（1）得到的单晶（100）硅片浸入到步骤（2）得到的混合溶液中30分钟，利用溶液湿法刻蚀的方法除去单晶（100）硅片表面得到的掩膜形状的阵列图案处的二氧化硅保护层，再使用丙酮溶剂除去阵列图案处的二氧化硅保护层后的单晶（100）硅片表面的正性光刻胶(SUN-130P)；

（4）在温度为30℃的水浴温度下，将步骤（3）得到的单晶（100）硅片浸入到质量浓度为20％的氢氧化钾水溶液中进行刻蚀20分钟，在除去二氧化硅保护层处的单晶（100）硅片的表面得到由深度为7μm的倒金字塔形凹陷构筑的微米尺寸的微米阵列，再将所得到的单晶（100）硅片置于氢氟酸水溶液中进行浸泡10秒左右，完全除去硅片表面所有的二氧化硅保护层；

（5）将步骤（4）得到的单晶（100）硅片置于金属蒸镀仪中，以金颗粒为蒸发源，在单晶（100）硅片的表面及所述的倒金字塔形凹陷的表面蒸镀上厚度为10nm的金薄膜，将得到的蒸镀有金薄膜的单晶（100）硅片置于马弗炉中，在氮气保护下进行温度为300℃的恒温处理1小时，然后降温至室温，在单晶（100）硅片的表面及所述的倒金字塔形凹陷的表面得到由直径为100nm尺寸的金球构筑的纳米阵列；

（6）室温下，在50ml聚四氟乙烯烧杯中加入13.1ml水，5.9g氢氟酸水溶液（46wt％），5g过氧化氢水溶液（30wt％），6g醋酸，磁力搅拌混合均匀，得到混合溶液；

（7）将步骤（5）得到的单晶（100）硅片置于步骤（6）得到的混合溶液中反应30秒，利用溶液湿法刻蚀的方法，在单晶（100）硅片表面的金球处及倒金字塔形凹陷表面的金球处构筑得到直径为100nm且深度为100nm的圆柱形凹陷阵列，从而得到具有微米阵列与纳米阵列复合阵列结构的单晶（100）硅片；

（8）以步骤（7）得到的具有复合阵列结构的单晶（100）硅片作为模版，将聚二甲基硅氧烷的预聚体倾倒在模版的表面后，在温度为80℃下固化3小时左右，室温下揭起聚二甲基硅氧烷膜，在聚二甲基硅氧烷膜的表面得到直径为100nm且高度为100nm的圆柱形聚二甲基硅氧烷构筑的纳米阵列的凸起结构、由高度为7μm尺寸的金字塔形聚二甲基硅氧烷构筑的微米阵列的凸起结构，且在高度为7μm尺寸的金字塔形聚二甲基硅氧烷的凸起上得到由直径为100nm且高度为100nm的纳米尺寸的圆柱形聚二甲基硅氧烷构筑的凸起结构，从而得到具有微米与纳米复合阵列结构的柔性聚二甲基硅氧烷材料。

所得具有微米与纳米复合阵列结构的柔性聚二甲基硅氧烷材料具有在空气中超疏水的性质，在空气中对水滴的接触角大于170°，滚落角小于2°；该材料具有柔性光子材料及减反射的性质，可以作为柔性光子材料、柔性显示材料、柔性信息储存材料或柔性减反射材料使用；或作为场效应晶体管或光电转化材料的基底材料使用。

实施例2.

（1）将双面蒸镀有二氧化硅的单晶（100）硅片清洗干净，在氮气下晾干；在所述的单晶（100）硅片的一光滑的表面旋涂一层40μm厚的正性光刻胶(SUN-130P)，使用365nm的汞灯进行掩膜光刻30秒，在所述的单晶（100）硅片的表面得到由具有掩膜形状的边长为200μm，间距为20μm方形的阵列图案；

（2）室温下，在500ml的聚四氟乙烯细口瓶中加入10.5ml水，111g浓盐酸（36wt%），43.5ml氢氟酸水溶液（46wt％），35g氟化铵，磁力搅拌混合均匀，得到混合溶液；

（4）在温度为90℃的水浴温度下，将步骤（3）得到的单晶（100）硅片浸入到质量浓度为40％的氢氧化钾水溶液中进行刻蚀60分钟，在除去二氧化硅保护层处的单晶（100）硅片的表面得到由深度为141.4μm的倒金字塔形凹陷构筑的微米尺寸的微米阵列，再将所得到的单晶（100）硅片置于氢氟酸水溶液中进行浸泡10秒左右，完全除去硅片表面所有的二氧化硅保护层；

（5）将步骤（4）得到的单晶（100）硅片置于金属蒸镀仪中，以铜颗粒为蒸发源，在单晶（100）硅片的表面及所述的倒金字塔形凹陷的表面蒸镀上厚度为100nm的铜薄膜，将得到的蒸镀有铜薄膜的单晶（100）硅片置于马弗炉中，在氮气保护下进行温度为1200℃的恒温处理9小时，然后降温至室温，在单晶（100）硅片的表面及所述的倒金字塔形凹陷的表面得到由直径为1000nm尺寸的铜球构筑的纳米阵列；

（6）室温下，在50ml聚四氟乙烯烧杯中加入4.2ml水，7.8g氢氟酸水溶液（46wt％），15g过氧化氢水溶液（30wt％），3g醋酸，磁力搅拌混合均匀，得到混合溶液；

（7）将步骤（5）得到的单晶（100）硅片置于步骤（6）得到的混合溶液中反应60分钟，利用溶液湿法刻蚀的方法，在单晶（100）硅片表面的铜球处及倒金字塔形凹陷表面的铜球处构筑得到直径为1000nm且深度为10μm的圆柱形凹陷阵列，从而得到具有微米阵列与纳米阵列复合阵列结构的单晶（100）硅片；

（8）以步骤（7）得到的具有复合阵列结构的单晶（100）硅片作为模版，将聚丙烯的预聚体倾倒在模版的表面后，在温度为80℃下固化3小时左右，室温下揭起聚丙烯膜，在聚丙烯膜的表面得到直径为1000nm且高度为10μm的圆柱形聚丙烯构筑的纳米阵列的凸起结构、由高度为141.4μm尺寸的金字塔形聚丙烯构筑的微米阵列的凸起结构，且在高度为141.4μm尺寸的金字塔形聚丙烯的凸起上得到由直径为1000nm且高度为10μm的纳米尺寸的圆柱形聚丙烯构筑的凸起结构，从而得到具有微米与纳米复合阵列结构的柔性聚丙烯材料。

所得具有微米与纳米复合阵列结构的柔性聚丙烯材料具有在空气中超疏水的性质，在空气中对水滴的接触角大于170°，滚落角小于2°；该材料具有柔性光子材料及减反射的性质，可以作为柔性光子材料、柔性显示材料、柔性信息储存材料或柔性减反射材料使用；或作为场效应晶体管或光电转化材料的基底材料使用。

实施例3.

（1）将双面蒸镀有二氧化硅的单晶（100）硅片清洗干净，在氮气下晾干；在所述的单晶（100）硅片的一光滑的表面旋涂一层40μm厚的正性光刻胶(SUN-130P)，使用365nm的汞灯进行掩膜光刻30秒，在所述的单晶（100）硅片的表面得到由具有掩膜形状的边长为40μm，间距为10μm方形的阵列图案；

（2）室温下，在500ml的聚四氟乙烯细口瓶中加入10ml水，70ml浓盐酸（36wt%），60ml氢氟酸水溶液（46wt％），60g氟化铵，磁力搅拌混合均匀，得到混合溶液；

（3）室温下，将步骤（1）得到的单晶（100）硅片浸入到步骤（2）得到的混合溶液中3分钟，利用溶液湿法刻蚀的方法除去单晶（100）硅片表面得到的掩膜形状的阵列图案处的二氧化硅保护层，再使用丙酮溶剂除去阵列图案处的二氧化硅保护层后的单晶（100）硅片表面的正性光刻胶(SUN-130P)；

（4）在温度为60℃的水浴温度下，将步骤（3）得到的单晶（100）硅片浸入到质量浓度为20％的氢氧化钾水溶液中进行刻蚀30分钟，在除去二氧化硅保护层处的单晶（100）硅片的表面得到由深度为28.3μm的倒金字塔形凹陷构筑的微米尺寸的微米阵列，再将所得到的单晶（100）硅片置于氢氟酸水溶液中进行浸泡10秒左右，完全除去硅片表面所有的二氧化硅保护层；

（5）将步骤（4）得到的单晶（100）硅片置于金属蒸镀仪中，以金颗粒为蒸发源，在单晶（100）硅片的表面及所述的倒金字塔形凹陷的表面蒸镀上厚度为50nm的金薄膜，将得到的蒸镀有金薄膜的单晶（100）硅片置于马弗炉中，在氮气保护下进行温度为900℃的恒温处理5小时，然后降温至室温，在单晶（100）硅片的表面及所述的倒金字塔形凹陷的表面得到由直径为500nm尺寸的金球构筑的纳米阵列（如图3所示）；

（6）室温下，在50ml聚四氟乙烯烧杯中加入5.8ml水，5.2ml氢氟酸水溶液（46wt％），10g过氧化氢水溶液（30wt％），9g醋酸，磁力搅拌混合均匀，得到混合溶液；

（7）将步骤（5）得到的单晶（100）硅片置于步骤（6）得到的混合溶液中反应30分钟，利用溶液湿法刻蚀的方法，在单晶（100）硅片表面的金球处及倒金字塔形凹陷表面的金球处构筑得到直径为500nm且深度为5μm的圆柱形凹陷阵列，从而得到具有微米阵列与纳米阵列复合阵列结构的单晶（100）硅片；

（8）以步骤（7）得到的具有复合阵列结构的单晶（100）硅片作为模版，将聚二甲基硅氧烷的预聚体倾倒在模版的表面后，在温度为80℃下固化3小时左右，室温下揭起聚二甲基硅氧烷膜，在聚二甲基硅氧烷膜的表面得到直径为500nm且高度为5μm的圆柱形聚二甲基硅氧烷构筑的纳米阵列的凸起结构、由高度为28.3μm尺寸的金字塔形聚二甲基硅氧烷构筑的微米阵列的凸起结构，且在高度为28.3μm尺寸的金字塔形聚二甲基硅氧烷的凸起上得到由直径为500nm且高度为5μm的纳米尺寸的圆柱形聚二甲基硅氧烷构筑的凸起结构，从而得到具有微米与纳米复合阵列结构的柔性聚二甲基硅氧烷材料（如图1所示）。

所得具有微米与纳米复合阵列结构的柔性聚二甲基硅氧烷材料具有在空气中超疏水的性质，在空气中对3微升水滴在具有微米与纳米复合阵列结构的柔性聚二甲基硅氧烷材料的表面的形状进行测量，水滴在具有微米与纳米复合阵列结构的柔性聚二甲基硅氧烷材料的表面的接触角大于170°，滚落角小于2°（如图2所示）；该材料具有柔性光子材料及减反射的性质，可以作为柔性光子材料、柔性显示材料、柔性信息储存材料或柔性减反射材料使用；或作为场效应晶体管或光电转化材料的基底材料使用。

Claims

1.一种具有微米与纳米复合阵列结构的柔性材料，其特征是：在聚合物膜的表面有纳米尺寸的圆柱形聚合物构筑的纳米阵列的凸起结构、由微米尺寸的金字塔形聚合物构筑的微米阵列的凸起结构，且在微米尺寸的金字塔形聚合物的凸起上有纳米尺寸的圆柱形聚合物构筑的凸起结构。

2.根据权利要求1所述的具有微米与纳米复合阵列结构的柔性材料，其特征是：所述的圆柱形聚合物中的圆柱的直径为100～1000纳米，高度为0.1～10微米。

3.根据权利要求1所述的具有微米与纳米复合阵列结构的柔性材料，其特征是：所述的金字塔形聚合物的高度为1～1000微米。

4.根据权利要求1所述的具有微米与纳米复合阵列结构的柔性材料，其特征是：所述的聚合物选自聚二甲基硅氧烷、聚甲基丙烯酸甲酯、聚乙烯和聚丙烯中的一种。

5.根据权利要求1所述的具有微米与纳米复合阵列结构的柔性材料，其特征是：所述的具有微米与纳米复合阵列结构的柔性材料具有在空气中超疏水的性质，该柔性材料的表面在空气中对水滴的接触角大于170°，滚落角小于2°。

6.一种根据权利要求1～5任意一项所述的具有微米与纳米复合阵列结构的柔性材料的制备方法，其特征是，所述的制备方法包括以下步骤：

（1）将双面蒸镀有二氧化硅的硅片清洗干净，在惰性气体下晾干；在所述的硅片的一光滑的表面旋涂一层正性光刻胶，使用365nm的汞灯进行掩膜光刻，在所述的硅片的表面得到掩膜形状的阵列图案；

（4）在温度为30℃～90℃的水浴温度下，将步骤（3）得到的硅片浸入到氢氧化钾水溶液中进行刻蚀，在除去二氧化硅保护层处的硅片的表面得到由倒金字塔形凹陷构筑的微米尺寸的微米阵列，再将所得到的硅片置于氢氟酸水溶液中进行浸泡，完全除去硅片表面所有的二氧化硅保护层；

（5）将步骤（4）得到的硅片置于金属蒸镀仪中，以贵金属的颗粒为蒸发源，在硅片的表面及所述的倒金字塔形凹陷的表面蒸镀上厚度为10nm～100nm的金属薄膜，将得到的蒸镀有金属薄膜的硅片置于马弗炉中，在惰性气体保护下进行温度为300℃～1200℃的恒温处理1～9小时，然后降温至室温，在硅片的表面及所述的倒金字塔形凹陷的表面得到由纳米尺寸的球形金属构筑的纳米阵列；

（7）将步骤（5）得到的硅片置于步骤（6）得到的混合溶液中反应30秒～60分钟，利用溶液湿法刻蚀的方法，在硅片表面的球形金属处及倒金字塔形凹陷表面的球形金属处构筑得到纳米尺寸的圆柱形凹陷阵列，并得到具有微米阵列与纳米阵列复合阵列结构的硅片；

（8）以步骤（7）得到的具有复合阵列结构的硅片作为模版，将聚合物的预聚体倾倒在模版的表面后进行固化，室温下揭起聚合物膜，在聚合物膜的表面得到纳米尺寸的圆柱形聚合物构筑的纳米阵列的凸起结构、由微米尺寸的金字塔形聚合物构筑的微米阵列的凸起结构，且在微米尺寸的金字塔形聚合物的凸起上得到由纳米尺寸的圆柱形聚合物构筑的凸起结构。

7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征是：所述的氢氧化钾水溶液的质量浓度为20～55％。

8.根据权利要求6所述的制备方法，其特征是：所述的由倒金字塔形凹陷构筑的微米尺寸可控的微米阵列中的凹陷的深度为1～1000微米。

9.根据权利要求6所述的制备方法，其特征是：所述的圆柱形凹陷阵列中的圆柱的直径为100～1000纳米，深度为0.1～10微米。

10.根据权利要求6所述的制备方法，其特征是：所述的贵金属选自金、银、铜中的一种。

11.根据权利要求6所述的制备方法，其特征是：所述的聚合物的预聚体选自聚二甲基硅氧烷的预聚体、聚甲基丙烯酸甲酯的预聚体、聚乙烯的预聚体和聚丙烯的预聚体中的一种。

12.一种根据权利要求1～5任意一项所述的具有微米与纳米复合阵列结构的柔性材料的用途，其特征是：所述的具有微米与纳米复合阵列结构的柔性材料作为柔性光子材料、柔性信息储存材料、柔性显示材料或柔性减反射材料使用；或以此柔性材料为基底制备场效应晶体管或光电转化材料。