CN109054074A - 一种全光控偶氮苯薄膜表面可逆皱纹微结构的制备方法 - Google Patents

一种全光控偶氮苯薄膜表面可逆皱纹微结构的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种全光控可逆表面皱纹微结构的制备方法，步骤是：将PDMS预聚体和交联剂按质量比为10:1混合后，充分搅拌形成均匀的预聚合物，将上述预聚合物在真空泵中脱气后浇筑到表面皿中，70℃下加热4h进行热交联固化，得到PDMS弹性体；将PDMS弹性体进行氧等离子体表面活化处理，然后旋涂质量分数2wt％PDO3的四氢呋喃溶液，真空泵中脱气除去残余的有机溶剂，得到PDMS/PDO3软硬复合体系；然后进行大光强可见光照射，从而得到表面起皱的偶氮苯薄膜；而后再进行小光强可见光照射，使皱纹逐步消失得到表面光滑的偶氮苯薄膜；反复进行10～20次起皱/消皱循环。本发明方法洁净高效，并且避免了昂贵仪器的使用以及繁琐复杂的操作步骤。

Description

一种全光控偶氮苯薄膜表面可逆皱纹微结构的制备方法
技术领域
本发明涉及智能表面的制备研究，具体涉及一种全光控偶氮苯薄膜表面可逆皱纹微结构的制备方法。
背景技术
表面起皱作为一种为适应体系应力场变化而形成表面微结构的自发过程，近年来引起了研究人员特别浓厚的研究兴趣。褶皱现象的出现被认为是一种应力失稳的表现。充分利用薄膜起皱机制带来的全新启示来积极促进材料表面的皱纹化，并寻求其在材料物性表征、微纳结构构造和柔性器件等方面的潜在应用，是当前表面起皱研究的重点之一。其中，积极探索环境刺激响应型的皱纹微结构在智能表面制备方面的应用是目前的一个新的研究热点，近几年来越来越受到人们的关注。在所有刺激类型中，光具有洁净、高效、远程操作、时间和空间上同时可控等优势。然而对于利用光作为外界刺激进行可逆皱纹微结构的智能调控还少有报道。另一方面，偶氮苯因其独特的光响应性在表面微纳米图案化方面具有很大的应用潜力。
发明内容
针对上述现有技术，本发明提供一种全光控偶氮苯薄膜表面可逆皱纹微结构的制备方法。本发明选用PDMS弹性体为基底，PDO3为薄膜材料构筑软硬复合体系，利用偶氮苯分子在大光强光照下的光热效应，诱导PDMS/PDO3体系表面起皱；然后利用偶氮苯分子的光致顺反异构性质，在小光强光照下引起已起皱PDMS/PDO3复合体系中应力场的扰动和应力松弛，使皱纹得到擦除。采用本发明的方法避免了昂贵仪器的使用以及繁琐复杂的操作步骤，可全程光控，在智能表面制备领域有着广泛的应用前景。
为了解决上述技术问题，本发明作为一种全光控偶氮苯薄膜表面可逆皱纹微结构的制备方法，包括以下步骤：
步骤一、将PDMS预聚体和交联剂按质量比为10:1混合后，充分搅拌形成均匀的预聚合物，将上述预聚合物在真空泵中脱气后浇筑到表面皿中，70℃下加热4h进行热交联固化，得到PDMS弹性体；
步骤二、将步骤一得到的PDMS弹性体进行氧等离子体表面活化处理，然后旋涂质量分数2wt％PDO3的四氢呋喃溶液，真空泵中脱气除去残余的有机溶剂，得到PDMS/PDO3软硬复合体系；
步骤三、对步骤二得到的PDMS/PDO3复合体系进行大光强可见光照射，从而得到表面起皱的偶氮苯薄膜；
步骤四、对步骤三得到的表面起皱的偶氮苯薄膜进行小光强可见光照射，使皱纹逐步消失得到表面光滑的偶氮苯薄膜；
步骤五、重复进行步骤三和步骤四，实现10～20次起皱/消皱循环。
进一步讲，本发明的步骤三中，大光强可见光照射采用的是光强大于860mW/cm2的450nm激光或是光强大于400mW/cm2的白光，照射时间为5s～60s。
本发明的步骤四中，小光强可见光照射采用的是光强为45mW/cm2的450nm激光或是光强为15mW/cm2的白光，照射时间为10s～120s。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明选用PDMS为基底，与旋涂得到的偶氮苯高分子薄膜构成软硬复合体系。通过可见光照射的光强调控，利用偶氮苯独特的光响应性可实现软硬复合体系表面的可逆起皱与消皱。本方法操作简便，洁净高效，全程光控可使光刺激调控的优势得到充分发挥，提供了一种新型的制备智能响应型高分子表面的方法。
附图说明
图1为本发明实施例1中PDMS/PDO3复合体系经第1次2.46W/cm2的450nm激光照射5s后得到的表面皱纹图案的光镜图；
图2为本发明实施例1中表面起皱PDMS/PDO3复合体系经第1次45mW/cm2的450nm激光照射10s后的光镜图；
图3为本发明实施例1中PDMS/PDO3复合体系经第20次2.46W/cm2的450nm激光照射5s后得到的表面皱纹图案的光镜图；
图4为本发明实施例1中表面起皱PDMS/PDO3复合体系经第20次45mW/cm2的450nm激光照射10s后的光镜图；
图5为本发明实施例2中PDMS/PDO3复合体系经第1次410mW/cm-2白光照射60s后得到的表面皱纹图案的光镜图；
图6为本发明实施例2中表面起皱的PDMS/PDO3复合体系经第1次15mW/cm-2白光下照射120s后的光镜图；
图7为本发明实施例2中PDMS/PDO3复合体系经第10次410mW/cm-2白光照射60s后得到的表面皱纹图案的光镜图；
图8为本发明实施例2中表面起皱的PDMS/PDO3复合体系经第10次15mW/cm-2白光下照射120s后的光镜图。
具体实施方式
本发明的设计思路是：通过可见光照射的光强调控实现偶氮苯薄膜表面的可逆起皱与消皱。首先在经氧等离子体活化处理的聚二甲基硅氧烷(PDMS)基底上旋涂偶氮苯聚合物(PDO3)的四氢呋喃溶液，构筑PDMS/PDO3软硬复合体系；利用大光强可见光照射PDMS/PDO3复合体系，由于偶氮苯薄膜的光热效应，体系在光照过程中被加热，停止光照冷却过程中其表面产生皱纹形貌；然后对已有的表面皱纹进行小光强可见光照射，利用偶氮苯光致顺反异构性质，引起复合体系中应力场的扰动并使内应力逐步释放，从而消皱。PDMS/PDO3复合体系的可逆起皱/消皱可多次重复进行。本发明方法洁净高效，并且避免了昂贵仪器的使用以及繁琐复杂的操作步骤。
下面结合附图和具体实施例对本发明技术方案作进一步详细描述，所描述的具体实施例仅对本发明进行解释说明，并不用以限制本发明。
实施例1：
一种全光控偶氮苯薄膜表面可逆皱纹微结构的制备方法，包括以下步骤：
步骤一、将PDMS预聚体和交联剂Sylgard 184(购自美国道康宁公司)按质量比为10:1混合，用玻璃棒充分搅拌形成均匀的预聚合物；将上述预聚合物在循环水式多用真空泵中脱气1h后，浇筑到表面皿中；在70℃下加热4h进行固化；获得PDMS软基底；
步骤二、将步骤一得到的PDMS软基底进行氧等离子体表面活化处理，然后旋涂2wt％PDO3的四氢呋喃溶液(旋涂参数：3000rpm，40s)，真空泵中脱气除去残余的有机溶剂，得到PDMS/PDO3软硬复合体系。
步骤三、将步骤二得到的PDMS/PDO3复合体系在2.46W/cm2的450nm激光照射5s，停止光照2min后得到辐射状的表面皱纹图案，如图1的光镜图所示；
步骤四、对步骤三得到的表面起皱体系在45mW/cm2的450nm激光照射10s，重新得到表面光滑的偶氮苯薄膜，如图2的光镜图所示。
步骤五、重复进行步骤三、步骤四；第20次进行步骤三所得表面皱纹图案如图3的光镜图所示，第20次进行步骤四所得表面无皱图案如图4的光镜图所示。
实施例2：
一种全光控偶氮苯薄膜表面可逆皱纹微结构的制备方法，其制备过程与实施例1基本相同，不同之处在于，步骤三中2.46W/cm2的450nm激光照射5s改为410mW/cm-2白光下照射60s，得到迷宫状的表面皱纹图案，如图5的光镜图所示；步骤四中45mW/cm2的450nm激光照射10s改为15mW/cm-2白光下照射120s，重新得到表面光滑的偶氮苯薄膜，如图6的光镜图所示。步骤五中，重复起皱/消皱次数由20次改为10次，第10次进行步骤三所得表面皱纹图案如图7的光镜图所示，第10次进行步骤四所得表面无皱图案如图8的光镜图所示。
综上可见，利用偶氮苯薄膜体系的多重光响应性结合表面起皱，可以发展成为一种简单高效的智能表面制备技术。
尽管上面结合附图对本发明进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨的情况下，还可以做出很多变形，这些均属于本发明的保护之内。

Claims (3)

1.一种全光控偶氮苯薄膜表面可逆皱纹微结构的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、将PDMS预聚体和交联剂按质量比为10:1混合后，充分搅拌形成均匀的预聚合物，将上述预聚合物在真空泵中脱气后浇筑到表面皿中，70℃下加热4h进行热交联固化，得到PDMS弹性体；
步骤二、将步骤一得到的PDMS弹性体进行氧等离子体表面活化处理，然后旋涂质量分数2wt％PDO3的四氢呋喃溶液，真空泵中脱气除去残余的有机溶剂，得到PDMS/PDO3软硬复合体系；
步骤三、对步骤二得到的PDMS/PDO3复合体系进行大光强可见光照射，从而得到表面起皱的偶氮苯薄膜；
步骤四、对步骤三得到的表面起皱的偶氮苯薄膜进行小光强可见光照射，使皱纹逐步消失得到表面光滑的偶氮苯薄膜；
步骤五、重复进行步骤三和步骤四，实现10～20次起皱/消皱循环。
2.根据权利要求1所述全光控偶氮苯薄膜表面可逆皱纹微结构的制备方法，其特征在于，步骤三中，大光强可见光照射采用的是光强大于860mW/cm2的450nm激光或是光强大于400mW/cm2的白光，照射时间为5s～60s。
3.根据权利要求1所述全光控偶氮苯薄膜表面可逆皱纹微结构的制备方法，其特征在于，步骤四中，小光强可见光照射采用的是光强为45mW/cm2的450nm激光或是光强为15mW/cm2的白光，照射时间为10s～120s。
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