CN110054146B - 一种周期性v型微柱结构复合膜及其制备方法与应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种周期性V型微柱结构复合膜及其制备方法与应用，通过改变V型微柱阵列结构的尺寸及排列方式，得到一系列不同角度、不同间距和不同排列位置的周期性V型微柱结构表面，其中，根据周期性V型微柱阵列结构的结构参数及排列位置的不同(平行排列和错位排列)而获得液体浸润的方向不同。并将其与高分子层结合，得到方向可控性液体浸润的周期性V型微柱结构复合膜，该复合膜不仅通过调控V型微柱阵列结构参数控制液体的运输方向，将其与温度响应分子结合，便可制得具有温度响应性液体浸润的周期性V型微柱结构复合膜，该复合膜通过调节温度即可改变液体的运输方向。本发明克服了现有技术存在的缺陷，适于推广与应用。
Description
技术领域
本发明涉及功能材料制备技术领域，具体涉及一种微观图案化材料及其复合膜的制备方法及应用，尤其涉及一种周期性V型微柱结构复合膜及其制备方法与应用。
背景技术
液体的定向输送在射流装置的无动力液体输送、制备各种微流控和单向阀装置等方面具有广泛的应用前景。已有研究人员通过制备表面不同的周期性微结构表面打破浸润对称，从而实现了液体的方向性输运。虽然现有文献通过利用不同的化学成分和多尺度结构特征，并结合表面能和拉普拉斯压力梯度的影响，形成了各向异性润湿性表面，并使其具有快速、连续的自主性单向输水性能。但是，在基于各向异性微结构的排列参数实现液体的输方向的控制方面还存在一些技术缺陷。
现有技术中，为实现液体定向输运往往需要引入不对称的三维微结构体。此类结构在成功实现液体单向输运的同时，不可避免的提高了界面系统的复杂性和适应性。而二维平面结构作为三维微结构体的简化，可以使复杂的液体输运过程实现在同一基底上的整合。因此，如果仅依靠二维浸润性图案便可实现对液体在平面上定向连续输运的“指挥”，就可以降低此类液体输运界面的应用门槛，拓展其应用领域。
此外，在外界刺激下，智能操控液体在外场响应性材料表面的流动方向切换也具有重要意义。其中，热处理是在固体表面激励液体最重要的方法之一。聚n-异丙基丙烯酰胺(PNIPAAm)基材料作为一种温度响应材料，可以在不同温度下实现凝胶体积的收缩和膨胀，使其表面润湿性发生变化。尽管针对该温度响应材料的润湿性变化性能的研究已经取得了较大进展，但针对如何实现PNIPAAm基材料表面的液体输运方向装换的原位及实时控制，以及如何通过改变其表面微观结构的排列来实现润湿方向的定向转化等方面的问题研究仍是本领域技术人员的巨大挑战。
发明内容
有鉴于此，为解决现有技术存在的技术问题，本发明提供一种周期性V型微柱结构复合膜及其制备方法与应用。
为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种周期性V型微柱结构复合膜的制备方法，所述方法具体包括如下步骤：
(1)通过反应离子刻蚀法，将基底表面制成具有周期性V型微结构的表面；
(2)将步骤(1)制得的具有周期性V型微结构表面的基底与高分子混合溶液复合，得到具有微结构的复合膜。
值得说明的是，所述基底包括硅片、玻璃、金属片，还包括以硅片、玻璃、金属片为基础的覆型材料。
所述步骤(1)中，具有微结构的表面的制备方法包括：
S1、将光刻胶均匀地涂覆于基底的抛光面，并在基底上形成厚度为0.8～1.2μm的光刻胶薄膜，避光备用；
S2、将步骤S1中涂覆光刻胶的基底烘烤25～35min后进行紫外曝光及显影处理，并对V型微柱结构的大小、夹角及横纵间距参数的进行设定，通过改变微柱结构大小的参数h、L，V型夹角Φ和周期性排列的横纵间距参数a、b的数值，从而得到一系列不同夹角、横纵间距的周期性V型微柱结构掩膜图形的基底；
S3、将步骤S2制备得到的具有周期性V型微柱结构掩膜图形的基底放入反应离子刻蚀机中进行刻蚀，得到具有周期性V型微柱结构的表。
值得说明的是，通过改变V型微柱阵列结构的尺寸及排列方式，可以得到一系列不同角度、不同间距和不同排列位置的周期性V型微柱结构表面。
示范性的，周期性V型微柱结构的基本单位形状参见附图1。
优选的，所述高分子混合溶液为PMMA和THF组成的混合液，且所述混合溶液中PMMA和THF的质量比为(1～6)：(6～1)。
优选的，所述混合溶液为PMMA、PNIPAAm、TiO2和THF组成的混合液，且所述混合溶液中PMMA、PNIPAAm、TiO2和THF的质量比为(1～4)：4：(1～4)：88。
本发明还提供了如上述制备方法得到的一种周期性V型微柱结构复合膜，所述复合膜由带有微纳尺度的周期性V型微柱结构的基底和高分子层组成，所述周期性V型微柱结构为平行或交错阵列。
值得说明的是，周期性V型微柱结构的参数为：横向间距L＝10～100μm、纵向间距h＝2～20μm、夹角θ＝10°～120°。
示范性的，具有周期性V型微柱结构的表面参见附图2(a)，具有交错结构的周期性V型微柱结构的表面参见附图2(b)。
优选的，所述高分子层为PMMA薄层。
优选的，所述高分子层为PMMA/PNIPAAm/TiO2薄层。
本发明的另一个目的在于提供所制备的周期性V型微柱结构复合膜在自发传质、界面润滑及外场响应性液体方向性输运控制领域的应用。通过改变所述周期性V型微柱结构的尺寸参数，能够实现液体在具有周期性V型微柱结构表面的传输方向的控制；通过改变所述周期性V型微柱结构的周期性排列次序，能够实现液体在具有周期性V型微柱结构复合膜表面的传输方向的控制；以及通过调节温度，能够实现液体在具有周期性V型微柱结构复合膜表面的单双向传输方向的控制。
值得说明的是，由于选用的PNIPAAm材料是一类具有分子间和分子内氢键过渡的温度响应分子，因此，PNIPAAm凝胶随着温度的升高，表面润湿性可以由亲水变为疏水，凝胶体积也会逐渐缩小，反之亦然。据此，本发明通过改变温度，能够实现液体在所述周期性V型微柱结构PMMA/PNIPAAm/TiO2复合膜表面的传输方向的可控性。
经由上述技术方案可知，本发明公开的一种周期性V型微柱结构复合膜及其制备方法与应用，与现有技术相比，具有如下优异特性：
首先，本发明提供了一种周期性V型微柱结构复合膜的制备方法。该制备方法通过反应离子刻蚀的方法在基底上制备了具有周期性V型微柱结构基元的表面，并通过改变微柱结构大小的参数h、L，V型夹角Φ和周期性排列的横纵间距参数a、b的数值，实现了周期性V型微柱结构基元的结构参数调整，进而可以得到一系列不同角度、不同大小和不同周期性位置排列的周期性V型微柱结构表面。随后，再将所述周期性V型微柱结构表面与所述聚合物分子结合，制得周期性V型微柱结构复合膜。
进一步的，本发明提供了一种由上述制备方法制备得到周期性V型微柱结构复合膜及其在自发传质、界面润滑及外场响应性液体方向性输运控制领域的应用。该复合膜通过周期性V型微柱结构的尺寸及排列方式的改变，不需外力协助即可改变及控制液体的运输方向。
此外，本发明利用温度响应材料制备出的周期性V型微柱结构复合膜，在不借助外界能量输入的情况下，通过改变温度达到改变液体输运方向的效果，实现了对复合膜表面的定向润湿及复合膜表面液体流动的方向性控制。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本发明周期性V型微柱结构的示意图。
图2为本发明周期性V型微柱结构PMMA复合膜表面结构示意图；其中，图2(a)为具有周期性V型微柱结构的表面，图2(b)为具有交错结构的周期性V型微柱结构的表面以及水的接触角示意图。
图3为不同温度和组分下周期性V型微柱结构PMMA/PNIPAAm/TiO2复合膜表面与水的接触角度示意图。
图4为不同温度和不同周期性V型微柱结构排列条件下周期性V型微柱结构PMMA/PNIPAAm/TiO2复合膜表面连续单向和双向输水示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明实施例公开了一种周期性V型微柱结构复合膜的制备方法，通过本发明制备的周期性V型微柱结构复合膜不需外力协助即可改变或控制液体的运输方向，克服了现有技术存在的缺陷，适于推广与应用。
为更好地理解本发明，下面通过以下实施例对本发明作进一步具体的阐述，但不可理解为对本发明的限定，对于本领域的技术人员根据上述发明内容所作的一些非本质的改进与调整，也视为落在本发明的保护范围内。
一种周期性V型微柱结构复合膜的制备方法，所述方法具体包括如下步骤：
(1)通过反应离子刻蚀法，将基底表面制成具有周期性V型微结构的表面；
(2)将步骤(1)制得的具有周期性V型微结构表面的基底与高分子混合溶液复合，得到具有微结构的复合膜。
其中，所述基底包括硅片、玻璃、金属片，还包括以硅片、玻璃、金属片为基础的覆型材料。
具体的，步骤(1)中，具有微结构的表面的制备方法包括：
S1、将光刻胶均匀地涂覆于基底的抛光面，并在基底上形成厚度为0.8～1.2μm的光刻胶薄膜，避光备用；
S2、将步骤S1中涂覆光刻胶的基底烘烤25～35min后进行紫外曝光及显影处理，得到具有周期性V型微柱结构掩膜图形的基底；
S3、将步骤S2制备得到的具有周期性V型微柱结构掩膜图形的基底放入反应离子刻蚀机中进行刻蚀，得到具有周期性V型微柱结构的表面。
为了进一步实现本发明的技术效果，步骤S2中控制改变a、b、h、L、Φ的数值(图1)，即可改变周期性V型微柱结构基元的结构参数，从而得到一系列不同角度、不同间距和不同周期性位置排列的周期性V型微柱结构表面。
具体的，步骤(2)中，周期性V型微柱结构复合膜的制备方法具体包括：
将步骤(1)制得的具有周期性V型微柱结构表面的基底清洗并浸没于高分子混合溶液中垂直静置0.5～60min，之后匀速提拉，平放、烘干，经过液相蒸发过程，最终在基底表面形成本发明公开的周期性V型微柱结构复合膜。
为了进一步实现本发明的技术效果，高分子混合溶液为PMMA和THF组成的混合液，且所述混合溶液中PMMA和THF的质量比为(1～6)：(6～1)。
为了更进一步地实现本发明的技术效果，高分子混合溶液为PMMA、PNIPAAm、TiO2和THF组成的混合液，且所述混合溶液中PMMA、PNIPAAm、TiO2和THF的比例为(1～4)：4：(1～4)：88。
本发明还有一个目的为提供一种由上述方法制备得到的周期性V型微柱结构复合膜。所述所述复合膜由带有微纳尺度的周期性V型微柱结构的基底和高分子层组成；且所述周期性V型微柱结构为平行或交错阵列，所述高分子层为PMMA薄层或PMMA/PNIPAAm/TiO2薄层。
本发明还有一个目的为提供一种上述周期性V型微柱结构复合膜在自发传质、界面润滑及外场响应性液体方向性输运控制领域的应用。
为了进一步实现本发明的技术效果，通过改变周期性V型微柱结构的结构参数能够达到控制液体传输方向的目的，并且通过改变周期性V型微柱结构的排列参数能够实现液体传输方向的转变。
更进一步的，通过改变温度，能够实现液体在本发明制备得到的周期性V型微柱结构PMMA/PNIPAAm/TiO2复合膜表面的传输方向的可控性。
下面，将结合具体实施例，对本发明的技术方案进行进一步的说明。
实施例1：
一种周期性V型微柱结构PMMA复合膜的制备方法，所述方法具体包括如下步骤：
(1)周期性V型微柱结构表面的制备
使用多功能匀胶烘胶仪采用旋涂的方式将光刻胶均匀地涂覆到硅片基底抛光的一面，其转速为3000r/min，时间为60s，最终在单晶硅片基底上得到厚度为1μm的光刻胶薄膜，取出后将其放在避光处待用；然后将涂覆光刻胶的硅片基底放在热板上烘烤30min之后进行紫外曝光及显影处理，即在硅片基底上得到了所需的周期性V型微柱结构的掩膜图形；
将上述制备得到的具有周期性V型微柱结构掩膜图形的单晶硅基底放入反应离子刻蚀机腔体中，然后启动程序，在程序控制下进行刻蚀过程，通过刻蚀将单晶硅基底制备成具有周期性V型微柱结构的表面，通过改变周期性V型微柱结构掩膜图形横纵方向的位置，得到一系列不同角度θ、不同间距、不同排列位置的周期性V型微柱结构表面；
(2)周期性V型微柱结构表面PMMA薄膜制备
将PMMA低聚物与四氢呋喃按质量比为1:6的比例混合搅拌1h，得到PMMA溶液，使用提拉机将清洗后的周期性V型微柱结构基底以10-200mm/min的速度从PMMA溶液中提拉出来,并把它放到烘箱中烘干即可得到周期性V型微柱结构表面PMMA薄膜。
实施例2：
一种周期性V型微柱结构PMMA复合膜的制备方法，所述方法具体包括如下步骤：
(1)周期性V型微柱结构表面的制备
使用多功能匀胶烘胶仪采用旋涂的方式将光刻胶均匀地涂覆到玻璃基底抛光的一面，其转速为3000r/min，时间为60s，最终在玻璃基底上得到厚度为1μm的光刻胶薄膜，取出后将其放在避光处待用；然后将涂覆光刻胶的玻璃基底放在热板上烘烤30min之后进行紫外曝光及显影处理，即在玻璃基底上得到了所需的周期性V型微柱结构的掩膜图形；
将上述制备得到的具有周期性V型微柱结构掩膜图形的玻璃基底放入反应离子刻蚀机腔体中，然后启动程序，在程序控制下进行刻蚀过程，通过刻蚀将玻璃基底制备成具有周期性V型微柱结构的表面，通过改变周期性V型微柱结构掩膜图形横纵方向的位置，得到一系列不同角度θ、不同间距、不同排列位置的周期性V型微柱结构表面；
(2)周期性V型微柱结构表面PMMA薄膜制备
将PMMA低聚物与四氢呋喃按质量比为3:4的比例混合搅拌1h，得到PMMA溶液，使用提拉机将清洗后的周期性V型微柱结构基底以10-200mm/min的速度从PMMA溶液中提拉出来,并把它放到烘箱中烘干即可得到周期性V型微柱结构表面PMMA薄膜。
实施例3：
一种周期性V型微柱结构PMMA复合膜的制备方法，所述方法具体包括如下步骤：
(1)周期性V型微柱结构表面的制备
使用多功能匀胶烘胶仪采用旋涂的方式将光刻胶均匀地涂覆到金属片基底抛光的一面，其转速为3000r/min，时间为60s，最终在金属片基底上得到厚度为1μm的光刻胶薄膜，取出后将其放在避光处待用；然后将涂覆光刻胶的金属片基底放在热板上烘烤30min之后进行紫外曝光及显影处理，即在金属片基底上得到了所需的周期性V型微柱结构的掩膜图形；
将上述制备得到的具有周期性V型微柱结构掩膜图形的金属片基底放入反应离子刻蚀机腔体中，然后启动程序，在程序控制下进行刻蚀过程，通过刻蚀将金属片基底制备成具有周期性V型微柱结构的表面，通过改变周期性V型微柱结构掩膜图形横纵方向的位置，得到一系列不同角度θ、不同间距、不同排列位置的周期性V型微柱结构表面；
(2)周期性V型微柱结构表面PMMA薄膜制备
将PMMA低聚物与四氢呋喃按质量比为6:1的比例混合搅拌1h，得到PMMA溶液，使用提拉机将清洗后的周期性V型微柱结构基底以10-200mm/min的速度从PMMA溶液中提拉出来,并把它放到烘箱中烘干即可得到周期性V型微柱结构表面PMMA薄膜。
实施例4：
一种周期性V型微柱结构PMMA/PNIPAAm/TiO2复合膜的制备方法，所述方法具体包括如下步骤：
(1)周期性V型微柱结构表面的制备
使用多功能匀胶烘胶仪采用旋涂的方式将光刻胶均匀地涂覆到硅片基底抛光的一面，其转速为3000r/min，时间为60s，最终在单晶硅片基底上得到厚度为1.2μm的光刻胶薄膜，取出后将其放在避光处待用；然后将涂覆光刻胶的硅片基底放在热板上烘烤30min之后进行紫外曝光及显影处理，即在硅片基底上得到了所需的周期性V型微柱结构的掩膜图形；
将上述制备得到的具有周期性V型微柱结构掩膜图形的单晶硅基底放入反应离子刻蚀机腔体中，然后启动程序，在程序控制下进行刻蚀过程，通过刻蚀将单晶硅基底制备成具有周期性V型微柱结构的表面，通过改变V型微柱周期性阵列结构的尺寸及排列方式，得到一系列不同角度、不同间距和不同排列位置的周期性V型微柱结构表面；
(2)周期性V型微柱结构表面PMMA/PNIPAAm/TiO2薄膜制备
将PMMA、PNIPAAm、TiO2和THF按4：4：4：88的比例混合得到混合液，使用提拉机将清洗后的周期性V型微柱结构以10-200mm/min的速度从混合液中提拉出来,并把它放到烘箱中烘干即可得到周期性V型微柱结构表面PMMA/PNIPAAm/TiO2薄膜。
实施例5：
一种周期性V型微柱结构PMMA/PNIPAAm/TiO2复合膜的制备方法，所述方法具体包括如下步骤：
(1)周期性V型微柱结构表面的制备
使用多功能匀胶烘胶仪采用旋涂的方式将光刻胶均匀地涂覆到硅片覆型材料基底抛光的一面，其转速为3000r/min，时间为60s，最终在硅片覆型材料基底上得到厚度为0.8μm的光刻胶薄膜，取出后将其放在避光处待用；然后将涂覆光刻胶的硅片覆型材料基底放在热板上烘烤30min之后进行紫外曝光及显影处理，即在硅片覆型材料基底上得到了所需的周期性V型微柱结构的掩膜图形；
将上述制备得到的具有周期性V型微柱结构掩膜图形的硅片覆型材料基底放入反应离子刻蚀机腔体中，然后启动程序，在程序控制下进行刻蚀过程，通过刻蚀将硅片覆型材料基底制备成具有周期性V型微柱结构的表面，通过改变周期性V型微柱阵列结构的尺寸及排列方式，得到一系列不同角度、不同间距和不同排列位置的周期性V型微柱结构表面；
(2)周期性V型微柱结构表面PMMA/PNIPAAm/TiO2薄膜制备
将PMMA、PNIPAAm、TiO2和THF按1：4：4：88的比例混合得到混合液，使用提拉机将清洗后的周期性V型微柱结构以10-200mm/min的速度从混合液中提拉出来,并把它放到烘箱中烘干即可得到周期性V型微柱结构表面PMMA/PNIPAAm/TiO2薄膜。
实施例6：
一种周期性V型微柱结构PMMA/PNIPAAm/TiO2复合膜的制备方法，所述方法具体包括如下步骤：
(1)周期性V型微柱结构表面的制备
使用多功能匀胶烘胶仪采用旋涂的方式将光刻胶均匀地涂覆到玻璃覆型材料基底抛光的一面，其转速为3000r/min，时间为60s，最终在玻璃覆型材料基底上得到厚度为0.9μm的光刻胶薄膜，取出后将其放在避光处待用；然后将涂覆光刻胶的玻璃覆型材料基底放在热板上烘烤30min之后进行紫外曝光及显影处理，即在玻璃覆型材料基底上得到了所需的周期性V型微柱结构的掩膜图形；
将上述制备得到的具有周期性V型微柱结构掩膜图形的玻璃覆型材料基底放入反应离子刻蚀机腔体中，然后启动程序，在程序控制下进行刻蚀过程，通过刻蚀将玻璃覆型材料基底制备成具有周期性V型微柱结构的表面，通过改变周期性V型微柱阵列结构的尺寸及排列方式，得到一系列不同角度、不同间距和不同排列位置的周期性V型微柱结构表面；
(2)周期性V型微柱结构表面PMMA/PNIPAAm/TiO2薄膜制备
将PMMA、PNIPAAm、TiO2和THF按4：4：1：88的比例混合得到混合液，使用提拉机将清洗后的周期性V型微柱结构以10-200mm/min的速度从混合液中提拉出来,并把它放到烘箱中烘干即可得到周期性V型微柱结构表面PMMA/PNIPAAm/TiO2薄膜。
发明人还进行了如下实验，以对本发明公开的技术方案所达到的技术效果进行进一步的说明。
实验1：制备不同周期性V型微柱结构及其浸润性的研究
设计一系列不同周期性V型微柱结构表面。
(1)制备了不同夹角的周期性V型微柱结构表面(Φ:30°～120°)，相邻V型结构之间的横纵间距a、b均为5μm。通过对平行于构筑基元高度方向的水滴浸润性的研究，可以发现，随着周期性V型微柱夹角的逐渐增大，液滴均以针头位置为原点向右浸润一定的距离，但是随着周期性V型微柱夹角的逐渐增大，液滴向右浸润的程度逐渐减小。
(2)制备了不同横向间距的周期性V型微柱结构表面(a：5μm～60μm)，周期性V型微柱的尺寸相同，微结构之间的纵向间距b均为5μm，但是横向间距a是逐渐增大的，由5μm逐渐增大到60μm。通过对平行于构筑基元高度方向水滴浸润性的研究，可以发现，随着周期性V型微柱之间横向间距的逐渐增大，液滴在X方向的浸润性逐渐增大，但是随着构筑基元之间横向间距的增大，液滴以针头位置为原点向右单向浸润的趋势逐渐减小，且当横向间距增大到60μm时，液滴单向浸润的现象消失。
(3)制备了不同纵向间距的周期性V型微柱结构表面(b:5μm～60μm)，所有构筑基元的夹角Φ均为30°，且尺寸相同，微结构之间横向间距a均为5μm，但是纵向间距b是逐渐增大的，由5μm逐渐增大到60μm。
通过对平行于构筑基元高度方向水滴浸润性的研究，可以发现，随着周期性V型棱柱型之间纵向间距的逐渐增大，液滴在X方向的浸润性逐渐减小。但是随着构筑基元之间纵向间距的增大，液滴以针头位置为原点向右单向浸润的趋势逐渐减小，当纵向间距达到30μm时，液滴仍有向右浸润的趋势。
实验2：制备不同周期性的周期性V型微柱结构PMMA膜表面及其浸润性的研究
(1)使用硫酸和过氧化氢(3:1)溶解周期性V型微柱结构表面的光刻胶,依次用丙酮、乙醇和去离子水清洗干净，60℃干燥。
(2)使用上述方法在周期性V型微柱结构表面制备PMMA膜，并烘干。
(3)改变构筑基元的排列方式，发现液滴的浸润方向完全相反。图2中，所有构筑基元的夹角均为30°，且尺寸相同，图2a中的构筑基元之间的横纵间距均为5μm，图2b中的周期性微柱结构是交错排列的，相邻构筑基元之间的纵向间距为5μm，横向间距之间的距离为10μm。
通过对平行于构筑基元高度方向水滴浸润性的研究，可以看到，当构筑基元如图2a所示进行规则的周期排列时，液滴以针头位置为原点向右单向浸润；当构筑基元如图2b所示进行交错排列时，液滴的浸润方向相对图2a中的浸润方向完全相反。
实验3：制备不同周期性V型微柱结构PMMA/PNIPAAm/TiO2膜表面及其液体输运研究
(1)在PMMA膜的基础上，加入温度响应分子聚(n-异丙基丙烯酰胺)PNIPAAm，制备PMMA/PNIPAAm/TiO2膜。
其中，选用的PNIPAAm材料是一类具有分子间和分子内氢键过渡的温度响应分子。PNIPAAm凝胶随着温度的升高，表面润湿性可以由亲水变为疏水，凝胶体积也会逐渐缩小，反之亦然。制得的一种周期性V型微柱结构复合膜特征在于，采用平行及错位的不同排列方式制得的周期性V型微柱结构，在低于低临界转变温度(LCST)时浸润分别沿X，-X两方向同时浸润，在高于LCST时浸润分别沿X，-X方向单向浸润。
(2)使用上述方法制备不同质量比的周期性V型微柱结构PMMA/PNIPAAm/TiO2膜，并对其进行接触角测试。可以看出，随着温度升高，接触角逐渐增大，由亲水态逐渐转变为疏水态。而质量比的不同会进一步导致高温时接触角的不同(图3)。
(3)为了探索形态学图形表面在微流体中的潜在应用，在图形表面上设计了一个t形的微通道(图4)，并研究了流体在微通道中的流动行为。用微注射器将水注入进水口，出水口与大气相连。首先,我们在高温(45-65℃)下研究了PPT-30°s水的流动行为，如图4b所示，水流向右侧，但在左侧开始停止。在低温(10-40℃)时水同时向两侧流动(图4a)。除此之外，我们发现水在交错结构中呈现反向单向流动特征(图4c和图4d)。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (7)
1.一种周期性V型微柱结构复合膜的制备方法，所述方法具体包括如下步骤：
(1)通过反应离子刻蚀法，将基底表面制成具有周期性V型微结构的表面；
(2)将步骤(1)制得的具有周期性V型微结构表面的基底与高分子混合溶液复合，得到具有微结构的复合膜；
其中，所述步骤(1)中，具有微结构的表面的制备方法包括：
S1、将光刻胶均匀地涂覆于基底的抛光面，并在基底上形成厚度为0.8～1.2μm的光刻胶薄膜，避光备用；
S2、将步骤S1中涂覆光刻胶的基底烘烤25～35min后进行紫外曝光及显影处理，并对V型微柱结构的大小、夹角及横纵间距参数的进行设定，得到具有周期性V型微柱结构掩膜图形的基底；
S3、将步骤S2制备得到的具有周期性V型微柱结构掩膜图形的基底放入反应离子刻蚀机中进行刻蚀，得到具有周期性V型微柱结构的表面；
且，所述高分子混合溶液为PMMA和THF组成的混合液，及所述混合溶液中PMMA和THF的质量比为(1～6)：(6～1)；
或，所述高分子混合溶液还能用PMMA、PNIPAAm、TiO2和THF组成的混合液替代，及所述混合溶液中PMMA、PNIPAAm、TiO2和THF的质量比为(1～4)：4：(1～4)：88。
2.一种周期性V型微柱结构复合膜，所述复合膜通过如权利要求1所述制备方法得到，其特征在于，所述复合膜由带有微纳尺度的周期性V型微柱结构的基底和高分子层组成，所述周期性V型微柱结构为平行或交错阵列。
3.根据权利要求2所述的一种周期性V型微柱结构复合膜，其特征在于，所述高分子层为PMMA薄层或PMMA/PNIPAAm/TiO2薄层。
4.一种如权利要求1所述方法 制备的周期性V型微柱结构复合膜或如权利要求2所述的周期性V型微柱结构复合膜的应用，其特征在于，所述复合膜在自发传质、界面润滑及外场响应性液体方向性输运控制领域的应用。
5.根据权利要求4所述的一种周期性V型微柱结构复合膜的应用，其特征在于，通过改变所述周期性V型微柱结构的尺寸参数，能够实现液体在具有周期性V型微柱结构表面的传输方向的控制。
6.根据权利要求4所述的一种周期性V型微柱结构复合膜的应用，其特征在于，通过改变所述周期性V型微柱结构的周期性排列次序，能够实现液体在具有周期性V型微柱结构复合膜表面的传输方向的控制。
7.根据权利要求4所述的一种周期性V型微柱结构复合膜的应用，其特征在于，通过调节温度，能够实现液体在具有周期性V型微柱结构复合膜表面的单双向传输方向的控制。
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