CN107188428A - 一种结合波状与化学梯度的表面制备方法 - Google Patents

一种结合波状与化学梯度的表面制备方法 Download PDF

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王有岩
梁利华
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Abstract

本发明公开了一种结合波状与化学梯度的表面制备方法，包括以下步骤：步骤（1）制备涂覆液；步骤（2）制备掩模板；步骤（3）旋涂涂覆液；步骤（4）制备柔性波状结构；步骤（5）制备遮挡板；步骤（6）制备化学梯度与柔性波状结构相结合的表面。本方法制备采用柔性材料，利用柔性材料两侧受力方向产生波状结构以提高液滴两侧运动壁垒，并利用等离子处理获得化学梯度微结构表面以促使液滴单向铺展。液滴的润湿性能沿倾斜方向呈连续性变化，波状结构也使液滴易双向铺展呈现出条带状。

Description

一种结合波状与化学梯度的表面制备方法
技术领域
本发明属于材料表面改性领域，涉及一种结合波状与化学梯度的表面制备方法。
背景技术
润湿性梯度表面是一种组分、结构和润湿性等随空间连续变化或者阶梯变化的高性能表面，在对液体的润湿性能发生梯度变化的材料表面上，液体在梯度方向受到的表面张力不相等，导致液体存在由低表面能处向高表面能处自动流动的趋势和能力。因而润湿性梯度表面在生物相容性、诊断学、纳米摩擦学、微流体、 液体自运输等领域得到广泛的应用，尤其在液滴和微流体移 ( 流 ) 动以及强化气相滴状凝结换热过程和微热管散热性能方面有重要的应用。
目前，润湿梯度表面的制备方式主要可分为两种，即控制表面化学组成和改变表面微观形貌，通过这两种制备的单一梯度的润湿性表面的存在很多问题，性能有待提升，比如无法实现精确定向润湿的控制。因此将控制表面的化学组成与改变表面微观结构相结合，从而制备出高性能的润湿性梯度表面是十分必要的，而目前市场上还没有一种简单有效的制备方法，针对此现状，本发明提出了一种波状与化学梯度相结合的润湿性梯度表面的制备方法。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供一种结合波状与化学梯度的表面制备方法，从而控制液滴的状态和定向铺展，简化制备流程、降低成本、提高效率、易于控制，并实现了化学梯度的波状软基底结构。
为此本发明采用如下的技术方案：
一种结合波状与化学梯度的表面制备方法，其特征在于包括以下步骤：
步骤（1）制备涂覆液：将聚二甲基硅氧烷的预聚物与交联剂以质量为10:1的比例混合搅拌均匀，之后放置在真空干燥箱中用真空泵抽取20min，去除溶液中的气泡，制得聚二甲基硅氧烷的涂覆液；
步骤（2）制备掩模板：取一片长50mm、宽25mm、厚1mm的硅模板，利用三维绘图软件绘制出凹槽结构的排布图，所述凹槽结构的排布图是在模板正面以单元凹槽阵列，单元凹槽宽为10µm、深为40µm，凹槽间间距为10µm，；然后以绘制的凹槽结构的排布图为参照，对硅模板进行加工处理；选用的基底为玻璃基底，并对其进行预清洗，即将玻璃基底依次在丙酮、无水酒精、去离子水中超声10~20min，超声频率为50~100Hz，之后用水洗净并进行干燥处理；
步骤（3）旋涂涂覆液；将处理好的掩模板紧密贴合在预清洗后的玻璃基底表面上；将步骤（1）制备的涂覆液通过旋涂的方式均匀覆盖在掩模板表面，具体旋涂方式的旋涂次数为1次，所用旋涂机主轴转速为8000rad/min，旋涂时长为20s，之后将旋涂有涂覆液的掩模板以温度为75℃干燥20min，从而在掩模板表面上形成涂覆液的薄膜；
步骤（4）制备柔性波状结构：准备厚度为1mm、宽为25mm的VHB胶带，先将VHB胶带拉伸，并维持50%的应变量，然后将步骤（3）制得的掩模板旋涂有涂覆液薄膜的一面与拉伸后的VHB胶带紧密贴合，在温度为80℃的烘箱中处理2个小时；之后将玻璃基底与掩模板揭下，复制了掩模板梯度结构的涂覆液薄膜便与VHB胶带紧密贴合；最后释放对VHB胶带的拉力，紧贴在VHB胶带表面上的聚二甲基硅氧烷薄膜便由于收缩力在其表面上产生波状微表面结构；
步骤（5）制备遮挡板：使用三维绘图软件绘制出一个等边梯形，梯形上短边长25mm，下长边长82.8mm，高50mm，两腰长115mm且与上下边夹角分别为120°和60°，取一厚度0.3mm、尺寸与上述等边梯形相同的铜片，将铜片沿梯形的高折叠使之夹角呈90°，即折成一楔形的遮挡板；
步骤（6）制备化学梯度与柔性波状结构相结合的表面：将步骤（5）制得的遮挡板的三角形长边处覆盖在步骤（4）制备的具有柔性波状结构表面上，并控制遮挡板斜面与柔性波状结构表面的夹角在15°-60°间，将其放置在等离子表面处理机中处理60min后取出，将遮挡板移去后即得到化学梯度与柔性波状结构相结合的表面。
根据本发明所述的制备方法制备的柔性波状化学梯度微结构表面，制备采用柔性材料，利用柔性材料两侧受力方向产生波状结构以提高液滴两侧运动壁垒，并利用等离子处理获得化学梯度微结构表面以促使液滴单向铺展，所述的波状结构侧面约为三角函数类型。
本发明的有益效果是：
1）提出了一种化学梯度与波状结构相结合新的表面微结构的制备方法，一级微结构的制备采用柔性材料制取波状结构表面，采用等离子处理获得表面的化学梯度，为微流控芯片的制取提供了一种新的思路；
2）制备方法简单经济可靠。
附图说明
图1为柔性波状微结构表面制备方法示意图，其中标号为：1-VHB胶带，2-涂覆液的薄膜，3-掩模板，4-玻璃基底，5-波状微表面结构。
图2为波状微表面等离子处理示意图，其中6-遮挡板。
具体实施方式
下面结合附图进一步说明本发明。
参照附图。本实施例包括以下步骤：步骤（1）制备涂覆液：将5g聚二甲基硅氧烷溶液与0.5g交联剂混合，之后放置在真空干燥箱中用真空泵抽取20min，去除溶液中的气泡，制得聚二甲基硅氧烷的涂覆液；
步骤（2）制备掩模板：取一片长50mm、宽25mm、厚1mm的硅模板，利用三维绘图软件绘制出凹槽结构的排布图，所述凹槽结构的排布图是在模板正面以单元凹槽阵列，单元凹槽宽为10µm、深为40µm，凹槽间间距为10µm，；然后以绘制的凹槽结构的排布图为参照，对硅模板进行加工处理；选用的基底为玻璃基底，并对其进行预清洗，即将玻璃基底依次在丙酮、无水酒精、去离子水中超声10~20min，超声频率为50~100Hz，之后用水洗净并进行干燥处理；
步骤（3）旋涂涂覆液：将处理好的掩模板3紧密贴合在预清洗后的玻璃基底4表面上；将步骤（1）制备的涂覆液通过旋涂的方式均匀覆盖在掩模板3表面，具体旋涂方式的旋涂次数为1次，所用旋涂机主轴转速为8000rad/min，旋涂时长为20s，之后将旋涂有涂覆液的掩模板3以温度为75℃干燥20min，从而在掩模板3表面上形成涂覆液的薄膜2；
步骤（4）制备柔性波状结构：准备厚度为1mm、宽为25mm的VHB胶带1，先将VHB胶带拉伸，并维持50%的应变量，然后将步骤（3）制得的掩模板3旋涂有涂覆液薄膜的一面与拉伸后的VHB胶带紧密贴合，在温度为80℃的烘箱中处理2个小时；之后将玻璃基底4与掩模板3揭下，复制了掩模板3梯度结构的涂覆液薄膜2便与VHB胶带1紧密贴合；最后释放对VHB胶带1的拉力，紧贴在VHB胶带1表面上的聚二甲基硅氧烷薄膜便由于收缩力在其表面上产生波状微表面结构5；
步骤（5）制备遮挡板6：使用三维绘图软件绘制出一个等边梯形，梯形上短边长25mm，下长边长82.8mm，高50mm，两腰长115mm且与上下边夹角分别为120°和60°，取一厚度0.3mm、尺寸与上述等边梯形相同的铜片，将铜片沿梯形的高折叠使之夹角呈90°，即折成一楔形的遮挡板；
步骤（6）制备化学梯度与柔性波状结构相结合的表面：将步骤（5）制得的遮挡板的三角形长边处覆盖在步骤（4）制备的具有柔性波状结构表面上，并控制遮挡板斜面与柔性波状结构表面的夹角在15°-60°间，将其放置在等离子表面处理机中处理60min后取出，将遮挡板移去后即得到化学梯度与柔性波状结构相结合的表面。
根据本实施例所述的制备方法制备的波状润湿梯度表面，以VHB双面胶胶带为基底制备柔性波状结构，在柔性波状结构表面上放置楔形遮挡板，柔性波状结构经过等离子处理，从而在柔性波状结构表面形成润湿梯度，制备出波状润湿梯度表面于制备前测得液滴的本征接触角，并与等离子化学处理后进行比较，测得梯度等离子化学处理对微结构润湿性的影响。
根据本实施例所述的制备方法制备的波状微结构表面与波状润湿梯度表面，可获得波形结构对液滴定向铺展的影响。

Claims (1)

1.一种结合波状与化学梯度的表面制备方法，其特征在于包括以下步骤：
步骤（1）制备涂覆液：将聚二甲基硅氧烷的预聚物与交联剂以质量为10:1的比例混合搅拌均匀，之后放置在真空干燥箱中用真空泵抽取20min，去除溶液中的气泡，制得聚二甲基硅氧烷的涂覆液；
步骤（2）制备掩模板：取一片长50mm、宽25mm、厚1mm的硅模板，利用三维绘图软件绘制出凹槽结构的排布图，所述凹槽结构的排布图是在模板正面以单元凹槽阵列，单元凹槽宽为10µm、深为40µm，凹槽间间距为10µm，；然后以绘制的凹槽结构的排布图为参照，对硅模板进行加工处理；选用的基底为玻璃基底，并对其进行预清洗，即将玻璃基底依次在丙酮、无水酒精、去离子水中超声10~20min，超声频率为50~100Hz，之后用水洗净并进行干燥处理；
步骤（3）旋涂涂覆液；将处理好的掩模板紧密贴合在预清洗后的玻璃基底表面上；将步骤（1）制备的涂覆液通过旋涂的方式均匀覆盖在掩模板表面，具体旋涂方式的旋涂次数为1次，所用旋涂机主轴转速为8000rad/min，旋涂时长为20s，之后将旋涂有涂覆液的掩模板以温度为75℃干燥20min，从而在掩模板表面上形成涂覆液的薄膜；
步骤（4）制备柔性波状结构：准备厚度为1mm、宽为25mm的VHB胶带，先将VHB胶带拉伸，并维持50%的应变量，然后将步骤（3）制得的掩模板旋涂有涂覆液薄膜的一面与拉伸后的VHB胶带紧密贴合，在温度为80℃的烘箱中处理2个小时；之后将玻璃基底与掩模板揭下，复制了掩模板梯度结构的涂覆液薄膜便与VHB胶带紧密贴合；最后释放对VHB胶带的拉力，紧贴在VHB胶带表面上的聚二甲基硅氧烷薄膜便由于收缩力在其表面上产生波状微表面结构；
步骤（5）制备遮挡板：使用三维绘图软件绘制出一个等边梯形，梯形上短边长25mm，下长边长82.8mm，高50mm，两腰长115mm且与上下边夹角分别为120°和60°，取一厚度0.3mm、尺寸与上述等边梯形相同的铜片，将铜片沿梯形的高折叠使之夹角呈90°，即折成一楔形的遮挡板；
步骤（6）制备化学梯度与柔性波状结构相结合的表面：将步骤（5）制得的遮挡板的三角形长边处覆盖在步骤（4）制备的具有柔性波状结构表面上，并控制遮挡板斜面与柔性波状结构表面的夹角在15°-60°间，将其放置在等离子表面处理机中处理60min后取出，将遮挡板移去后即得到化学梯度与柔性波状结构相结合的表面。
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