CN110527127A - 一种通过激光移动调控光响应膜基体系皱纹形貌的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种通过激光移动调控光响应膜基体系皱纹形貌的方法，实施过程是：移取质量分数为3％的聚乙烯亚胺/乙醇溶液于PDMS弹性体表面，通过旋涂法旋涂一层均匀薄膜；然后移取质量体积比为30mg/mL的聚氨基偶氮苯/四氢呋喃溶液，通过旋涂法旋涂第二层均匀薄膜，得到均匀的复合膜；采用不同光功率的405nm非偏振光对该复合薄膜的膜基系统表面进行处理，通过调控激光移动速度、光功率来调控表面产生的皱纹的形貌。本发明利用简便快捷的操作通过对激光光功率、移动速度的调控实现了对该膜基体系表面皱纹形貌的调节，从而避免了复杂繁琐的操作步骤，较长的制备时间与高昂的设备以及实验耗材的损耗。

Description

一种通过激光移动调控光响应膜基体系皱纹形貌的方法
技术领域
本发明涉及一种实现非偏振光光热效应诱导偶氮苯高分子薄膜表面起皱的方法。
背景技术
表面起皱是自然界一种常见的物理现象，是表面图案化的一种重要的实现方式，在制备结构化模板、材料表面润湿性以及粘附性调控等领域占有重要角色，并显示出强大的潜力和应用价值。表面起皱技术可以通过加热冷却诱导法、机械拉伸回缩法以及溶剂溶胀诱导法等方法诱导产生，这些方法存在着能耗高、污染大等缺点。偶氮苯材料由于其独特的光致顺反异构现象被广泛研究，本发明采用侧链偶氮苯高分子聚氨基偶氮苯(PAAB)为薄膜，以聚二甲基硅氧烷(PDMS)为基底构筑了智能的光响应双层体系，在PAAB最大吸收波长405nm的照射下，PAAB层产生明显的光热效应以及光膨胀现象，从而在移除光源后的降温过程中产生压缩应力诱导表面皱纹产生。本发明通过调控激光光功率、移动速度来调控表面产生的应力情况从而实现对调控表面皱纹形貌的目的，并取得了很好的效果，可以成为一种获得表面皱纹的很好的方法。
发明内容
针对上述现有技术，本发明提出了一种通过激光移动调控光响应膜基体系皱纹形貌的方法。本发明选用PDMS弹性体为基底，先在其表面旋涂一定厚度的PEI薄膜，然后再在其表面旋涂一定厚度的PAAB薄膜，最后在激光移动加工后观察其表面产生的皱纹结构。此外，通过调整不同的移动速度和光功率也可以实现不同形貌的皱纹图案。基于这个方法我们可以通过调节激光动速度和光功率实现PAAB/PDMS双层体系表面皱纹调控的目的，操作简便快捷，加工时间短，避免了繁琐复杂的操作步骤，加工过程的设备、材料损耗小。
为了解决上述技术问题，本发明提出的一种通过激光移动调控光响应膜基体系皱纹形貌的方法，实施过程是：移取质量分数为3％的聚乙烯亚胺/乙醇溶液于PDMS弹性体表面，通过旋涂法旋涂一层均匀薄膜；然后移取质量体积比为30mg/mL的聚氨基偶氮苯/四氢呋喃溶液，通过旋涂法旋涂第二层均匀薄膜，得到均匀的复合膜；采用不同光功率的405nm非偏振光对该复合薄膜的膜基体系表面进行处理，通过调控激光移动速度、光功率来调控表面产生的皱纹的形貌。
进一步讲，本发明所述的通过激光移动调控光响应膜基体系皱纹形貌的方法，具体步骤如下：
步骤一、将PDMS预聚体与交联剂按照质量比为20:1混合后，倒入离心管中，搅拌后形成均匀的PDMS预聚体与交联剂的混合物；将该混合物进行真空脱气处理1h后倒入培养皿中并均匀地分布；将倒入培养皿中的混合物进行真空脱气处理30min，后放入烘箱中，在70摄氏度下加热固化4小时，得到PDMS弹性体；
步骤二、先用蒸馏水和无水乙醇逐次对盖玻片进行超声清洗，然后置于体积比为1:1:5的双氧水/氨水/去离子水的混合溶液中70℃加热10min，最后用去离子水冲洗干净、烘干待用；
步骤三、将聚氨基偶氮苯溶解于四氢呋喃中，并通过针孔过滤器过滤得到均一的质量体积比为30mg/mL聚氨基偶氮苯/四氢呋喃溶液；将聚乙烯亚胺溶液稀释至乙醇中得到质量分数3％的聚乙烯亚胺/乙醇溶液；
步骤四、以PDMS弹性体为基底，将PDMS基底置于洁净的盖玻片上，利用旋涂法依次在所述基底表面上旋涂上述的聚乙烯亚胺/乙醇溶液和聚氨基偶氮苯/四氢呋喃溶液，其中，旋涂转速为4000rpm，旋涂时间均为30秒，以PDMS基底尺寸为15mm×15mm计，旋涂聚乙烯亚胺/乙醇溶液，聚氨基偶氮苯/四氢呋喃溶液的量均为30微升来控制旋涂量，最终得到均匀的复合薄膜；
步骤五、以多波长激光器为激光光源，不同功率以及移动速度的波长为405nm的非偏振光对上述复合薄膜的膜基体系表面进行移动光照处理，移除光源后该复合薄膜表面产生不同的皱纹形貌。
本发明中，通过调控激光功率以及移动速度来调控所得皱纹的形貌。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明提出一种通过激光移动调控光响应膜基体系皱纹形貌的方法，通过简单的参数的调节可以实现PAAB/PDMS复合体系表面起皱皱纹形貌的调控，具有简单、快捷、重复性好等特点，避免了制备过程复杂、设备昂贵、效率低等缺点，在材料表面图案的构筑等领域有潜在的应用前景。
附图说明
图1为本发明实施例1条件下得到的表面皱纹形貌的光学显微镜照片；
图2为本发明实施例2条件下得到的表面皱纹形貌的光学显微镜照片；
图3为本发明实施例3条件下得到的表面皱纹形貌的光学显微镜照片；
图4为本发明实施例4条件下得到的表面皱纹形貌的光学显微镜照片。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本发明做进一步的说明，但下述实施例绝非对本发明有任何限制。
实施例1：一种通过激光移动调控光响应膜基体系皱纹形貌的方法，包括以下步骤：
步骤一、将PDMS预聚体与交联剂按照质量比为20:1混合后，倒入离心管中，搅拌后形成均匀的PDMS预聚体与交联剂的混合物；将PDMS预聚体与交联剂的混合物进行真空脱气处理1h后倒入培养皿中并均匀地分布；将倒入培养皿中的PDMS预聚体与交联剂的混合物进行真空脱气处理30min，后放入烘箱中，在70摄氏度下加热固化4小时，得到PDMS弹性体；
步骤二、先用蒸馏水和无水乙醇逐次对盖玻片进行超声清洗，然后置于体积比为1:1:5的双氧水/氨水/去离子水的混合溶液中70℃加热10min，最后用去离子水冲洗干净、烘干待用；
步骤三、将聚氨基偶氮苯溶解于四氢呋喃中，并通过针孔过滤器过滤得到均一的质量体积比为30mg/mL聚氨基偶氮苯/四氢呋喃溶液，将聚乙烯亚胺溶液稀释至乙醇中得到质量分数3％的聚乙烯亚胺/乙醇溶液；
步骤四、以PDMS弹性体为基底，将PDMS基底置于洁净的盖玻片上，利用旋涂法依次在所述基底表面上旋涂上述的聚乙烯亚胺/乙醇溶液和聚氨基偶氮苯/四氢呋喃溶液，其中，旋涂转速为4000rpm，旋涂时间均为30秒，以PDMS基底尺寸为15mm×15mm计，旋涂聚乙烯亚胺/乙醇溶液，聚氨基偶氮苯/四氢呋喃溶液的量均为30微升来控制旋涂量，最终得到均匀的复合薄膜；
步骤五、以多波长激光器为激光光源，激光光源出口距离样品表面0.25cm，采用波长405nm的非偏振光对上述复合薄膜的膜基系统表面进行移动光照处理，激光移动速度0.05mm/s，激光光功率175mW,关闭光源后该复合薄膜表面产生皱纹结构,通过光学显微镜进行观察。图1示出了表面皱纹形貌的光学显微镜照片。
实施例2：一种通过激光移动调控光响应膜基体系皱纹形貌的方法，与实施例1不同仅为，在步骤七中将激光移动速度调整为0.2mm/s，最终在双层复合薄膜表面产生皱纹结构,通过光学显微镜进行观察。图2示出了表面皱纹形貌的光学显微镜照片。。
实施例3：一种通过激光移动调控光响应膜基体系皱纹形貌的方法，与实施例1不同仅为，在步骤七中将激光功率调整为218mw，激光移动速度调整为0.5mm/s,最终在双层复合薄膜表面产生皱纹结构,通过光学显微镜进行观察。图3示出了表面皱纹形貌的光学显微镜照片。
实施例4：一种通过激光移动调控光响应膜基体系皱纹形貌的方法，与实施例1不同仅为，在步骤七中将激光功率调整为256mw，激光移动速度调整为0.5mm/s,最终在双层复合薄膜表面产生皱纹结构,通过光学显微镜进行观察。图4示出了表面皱纹形貌的光学显微镜照片。
本发明中，通过调控激光功率以及移动速度来调控所得皱纹的形貌。由图1、图2、图3和图4可知，移动方向如图中表现为由上到下。当移动速度较慢、光功率较低时(175mw,v＝0.05mm/s)，移除光源后逐渐产生近似垂直于移动方向的皱纹结构，边缘皱纹向移动方向收敛，如图1所示；速度增大后(175mw,v＝0.2mm/s)，移除光源后中心处逐渐产生平行于移动方向的皱纹结构，如图2所示；若光功率和速度继续增大(218mw,v＝0.5mm/s),移除光源后产生的皱纹取向垂直于移动方向，如图3所示；再继续增大光功率(256mw,v＝0.5mm/s)，皱纹取向表现为平行于移动方向，如图4所示。
综上，本发明主要是通过调节激光光功率以及移动速度实现对PAAB/PDMS双层体系表面皱纹形貌的调节，从而避免了复杂繁琐的操作步骤，较长的制备时间与高昂的设备以及实验耗材的损耗。本发明制备过程简便快捷，可控性强，成本低。
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)

1.一种通过激光移动调控光响应膜基体系皱纹形貌的方法，其特征在于，实施过程是：移取质量分数为3％的聚乙烯亚胺/乙醇溶液于PDMS弹性体表面，通过旋涂法旋涂一层均匀薄膜；然后移取质量体积比为30mg/mL的聚氨基偶氮苯/四氢呋喃溶液，通过旋涂法旋涂第二层均匀薄膜，得到均匀的复合膜；采用移动的405nm非偏振光对该复合膜基体系表面进行处理，通过调控激光移动速度、光功率来调控表面产生的皱纹的形貌。
2.根据权利要求1所述的通过激光移动调控光响应膜基体系皱纹形貌的方法，其特征在于，具体步骤如下：
步骤一、将PDMS预聚体与交联剂按照质量比为20:1混合后，倒入离心管中，搅拌后形成均匀的PDMS预聚体与交联剂的混合物；将该混合物进行真空脱气处理1h后倒入培养皿中并均匀地分布；将倒入培养皿中的混合物进行真空脱气处理30min，后放入烘箱中，在70摄氏度下加热固化4小时，得到PDMS弹性体；
步骤二、先用蒸馏水和无水乙醇逐次对盖玻片进行超声清洗，然后置于体积比为1:1:5的双氧水/氨水/去离子水的混合溶液中70℃加热10min，最后用去离子水冲洗干净、烘干待用；
步骤三、将聚氨基偶氮苯溶解于四氢呋喃中，并通过针孔过滤器过滤得到均一的质量体积比为30mg/mL聚氨基偶氮苯/四氢呋喃溶液；将聚乙烯亚胺溶液稀释至乙醇中得到质量分数3％的聚乙烯亚胺/乙醇溶液；
步骤四、以PDMS弹性体为基底，将PDMS基底置于洁净的盖玻片上，利用旋涂法依次在所述基底表面上旋涂上述的聚乙烯亚胺/乙醇溶液和聚氨基偶氮苯/四氢呋喃溶液，其中，旋涂转速为4000rpm，旋涂时间均为30秒，以PDMS基底尺寸为15mm×15mm计，旋涂聚乙烯亚胺/乙醇溶液，聚氨基偶氮苯/四氢呋喃溶液的量均为30微升来控制旋涂量，最终得到均匀的复合薄膜；
步骤五、以多波长激光器为激光光源，不同功率以及移动速度的波长为405nm的非偏振光对上述复合薄膜的膜基体系表面进行移动光照处理，移除光源后该复合薄膜表面产生不同的皱纹形貌。
3.根据权利要求2所述的通过激光移动调控光响应膜基体系皱纹形貌的方法，其中，步骤七中，通过调控激光功率以及移动速度来调控所得皱纹的形貌；
当移动速度较慢、光功率较低时，移除光源后逐渐产生近似垂直于移动方向的皱纹结构，边缘皱纹向移动方向收敛；
当移动速度增大后，移除光源后中心处逐渐产生平行于移动方向的皱纹结构；
若光功率和移动速度继续增大，移除光源后产生的皱纹取向垂直于移动方向；
再继续增大光功率，皱纹取向表现为平行于移动方向。
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