CN109444041A - 一种判断水凝胶涂层与异质基底界面粘结性能的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种利用水凝胶的溶胀特性检验其与异质材料界面结合性能的方法，将黏贴或者涂有水凝胶涂层的结构置于水溶液中，用CCD相机记录其在水溶液中的溶胀变形特性，水凝胶涂层与异质基底间结合的性能不同将导致水凝胶表面出现不同的屈曲形貌，根据形貌的不同即可判断水凝胶涂层与异质基底间的粘结性能。

Description

一种判断水凝胶涂层与异质基底界面粘结性能的方法
技术领域
本发明属于无损检测领域，是一种判断水凝胶涂层与异质基底界面粘结性能的方法。
背景技术
作为新材料的典型代表，水凝胶在柔性电子、软体机器人、生物医学器械、生物体医学植入等领域得到广泛的应用前景。与传统材料相比，水凝胶具有透明、大变形、生物相容性高、制备简单等优点，得到，因而受到了各国科学界和工程界的高度重视。在实际应用中，水凝胶需与其他材料结合从而实现各种功能，因此将不可避免地涉及与异质材料的界面结合问题，该结合性质的优劣将导致功能器械的成功与否。传统的判断薄膜/基底系统界面结合方法中的鼓泡法、撕脱法、划痕法将导致水凝胶/基底系统的破坏，此外，由于水凝胶的超低的刚度和大变形，压痕法也将失去效果。因此，探索和发展水凝胶与异质材料基底的无损检测技术成为重要的研究方向。
由于水凝胶材料具有典型的溶胀特性，在潮湿或者水环境中将吸收水分导致体积膨胀，而且溶胀特性是可逆的，即可使用外力或者干燥时将其水分排出。水凝胶的模量非常小，水凝胶与异质基底的结合将极大地影响其表面溶胀特性的表现，这无疑为判断水凝胶涂层与异质材料的界面结合特性提供了新的启示。因此，本专利提出了一种基于溶胀特性判断水凝胶与异质材料基底界面结合性质优劣的方法。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供一种基于溶胀特性判断水凝胶涂层与异质基底界面粘结性能的方法。
本发明采用的技术方案为：一种判断水凝胶涂层与异质基底界面粘结性能的方法，包括以下步骤：
步骤1)根据薄膜/基底结构选择合适的测试溶液和设备
1.1)根据水凝胶的具体特性选择合适的溶胀溶液；
1.2)将选定的溶胀溶液置于容器中，然后将薄膜/基底结构浸入溶胀溶液中；或者直接将溶胀溶液快速均匀地涂在水凝胶薄膜的表面；
步骤2)由于溶胀溶液的扩散作用，溶液进入水凝胶薄膜中，从而在水凝胶薄膜中产生压应力，在压应力的作用下，水凝胶薄膜产生溶胀屈曲，利用CCD相机实时记录水凝胶薄膜在溶胀液体中的表面屈曲形貌特性；
2.1)屈曲的临界波长和临界应变为
其中和分别为基底和薄膜的等效模量；
2.2)如果水凝胶薄膜与基底粘结良好，则基底的等效模量更大，因此界面结合好的屈曲对应着均匀分布的屈曲形貌；
2.3)如果粘结不好，则基底的影响很小，则对应着脱黏区域隆起；
步骤3)等待屈曲形貌变化稳定，将薄膜/基底结构取出，不同的薄膜/基底的结合性质会导致不同的表面屈曲形貌，根据形貌照片即可反推出其结合性质；
步骤4)利用干燥环境或外力将水凝胶中的溶液排出，从而实现结构的继续利用。
本发明提出了一种水凝胶薄膜/异质材料基底系统界面结合性质判断的方法，填补了评估水凝胶薄膜/异质基底结构界面结合特性方面的空白，为其界面的优化设计提供有效依据。
附图说明
图1为水凝胶薄膜/异质基底系统。
图2为粘结好的情况下均匀分布的屈曲形貌图。
图3为粘结不好的情况下脱黏区域隆起图。
图4为得到的溶胀试验图片。
具体实施方式
(如图1所示)一种判断水凝胶涂层与异质基底界面粘结性能的方法,(1)根据薄膜/基底结构选择合适的测试溶液和设备
水凝胶与异质基底的结合方法有很多，并且正在发展中。可以将水凝胶制备溶液倒在基底的表面，然后利用紫外线或高温引发基底上水凝胶的形成；也可以采用硅烷处理已制备好的水凝胶和异质基体表面，然后将两者放置在一起反应等等；
1.1)为已制备好的PAAM水凝胶和PDMS基底系统选择纯净水、电解质溶液等作为溶胀溶液；
1.2)将选定的纯净水溶液置于玻璃器皿中，然后将薄膜/基底结构浸入溶胀溶液中；或者直接将纯净水溶液快速均匀地涂在PAAM水凝胶薄膜的表面。
(2)由于水溶液的扩散作用，水将进入PAAM水凝胶薄膜中，从而在水凝胶薄膜中产生压应力，在压应力的作用下，水凝胶薄膜产生溶胀屈曲，利用CCD相机实时记录其在溶胀液体中的表面屈曲形貌特性。
(3)等待屈曲形貌变化稳定，将薄膜/基底结构取出。不同的薄膜/基底的结合性质会导致不同的表面屈曲形貌，根据表面形貌即可反推出其结合性质；
3.1)完美粘结时的临界波长和临界应变为
其中和分别为基底和薄膜的等效模量；
3.2)如果水凝胶薄膜与基底粘结很好，则基底的等2效模量更大，因此界面结合好的屈曲对应着均匀分布的屈曲形貌(如图2所示)；图4为得到的溶胀图片，可以看出，涂层与基底结合并非完美，局部两个区域出现了明显的脱粘；
3.3)如果粘结不好，则基底的影响很小，则对应着脱黏区域隆起(如图3所示)。
(4)利用干燥箱或者用玻璃片挤压的方式将PAAM水凝胶中的溶液排出，从而实现结构的继续利用。

Claims (2)

1.一种判断水凝胶涂层与异质基底界面粘结性能的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1)根据薄膜/基底结构选择合适的测试溶液和设备
1.1)根据水凝胶的具体特性选择合适的溶胀溶液；
1.2)将选定的溶胀溶液置于容器中，然后将薄膜/基底结构浸入溶胀溶液中；或者直接将溶胀溶液快速均匀地涂在水凝胶薄膜的表面；
步骤2)由于溶胀溶液的扩散作用，溶液进入水凝胶薄膜中，从而在水凝胶薄膜中产生压应力，在压应力的作用下，水凝胶薄膜产生溶胀屈曲，利用CCD相机实时记录水凝胶薄膜在溶胀液体中的表面屈曲形貌特性；
2.1)屈曲的临界波长和临界应变为
其中和分别为基底和薄膜的等效模量；
2.2)如果水凝胶薄膜与基底粘结良好，则基底的等效模量更大，因此界面结合好的屈曲对应着均匀分布的屈曲形貌；
2.3)如果粘结不好，则基底的影响很小，则局部出现薄膜脱黏隆起；
步骤3)等待屈曲形貌变化稳定，将薄膜/基底结构取出，不同的薄膜/基底的结合性质会导致不同的表面屈曲形貌，根据形貌照片即能够反推出其结合性质；
步骤4)利用干燥环境或外力将水凝胶中的溶液排出，从而实现结构的继续利用。
2.根据权利要求1所述的一种判断水凝胶涂层与异质基底界面粘结性能的方法，其特征在于，所述的测试溶液为纯净水或电解质溶液。
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