CN110862689B - 一种正交各向异性润湿性的磁控柔性表面材料的制备方法 - Google Patents

一种正交各向异性润湿性的磁控柔性表面材料的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种正交各向异性润湿性的磁控柔性表面材料的制备方法，是将PDMS与羰基铁粉混合除气泡并倒入模具后，先放进烘箱中固化至半凝固状态，再将其放入均匀磁场中彻底固化。本发明所获得的磁控柔性表面材料在不同方向上的滚动角不尽相同，其润湿性呈各向异性，在液滴定向搬运、液滴筛选等方面具有良好的应用前景。

Description

一种正交各向异性润湿性的磁控柔性表面材料的制备方法
技术领域
本发明属于智能材料技术领域，具体涉及一种正交各向异性润湿性的磁控柔性表面材料的制备方法。
背景技术
超疏水材料的制备方法有机械加工法、刻蚀法、模板法、溶胶-凝胶法、自组装法、沉积法、静电颗粒吸附法、微乳液法和一步法等。但是这些方法存在对实验设备要求高、操作复杂等问题。而利用磁场构建表面微结构的方法来制备超疏水材料可以有效避免上述问题。利用磁场构建的磁控超疏水材料具有响应速度快、性质稳定等优点。
现有的磁控超疏水材料的制备方法大体为：将PDMS的两组分预聚物A和固化剂B按质量比10∶1完全混合，加入羰基铁粉达到质量分数30％，搅拌器缓慢搅拌30min；经超声波振荡器去泡，得到PDMS与羰基铁粉的混合物，视为MREF前驱体；将MREF前驱体浇注在不锈钢基体，在成膜工具辅助下采用刮刀涂覆法制得薄膜样品；在温度60℃及匀强磁场条件下固化4h，得到MREF样品(肖允恒,张红辉,杨泽达,等.基于磁流变弹性体膜的可控疏水表面制备与表征[J].中国表面工程,2018,31(2):8-14.)。
但是，上述利用磁场所获得的超疏水材料，其疏水性能是各向同性的，不能应用于液滴定向搬运与液滴筛选等较为复杂的环境领域。
因此，为了拓宽超疏水材料的应用领域，制备正交各向异性润湿性的磁控柔性表面材料具有重要意义。
发明内容
为了拓宽磁流变超疏水材料的应用领域，克服上述现有技术所存在的不足之处，本发明的目的在于提供一种正交各向异性润湿性的磁控柔性表面材料的制备方法。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
本发明一种正交各向异性润湿性的磁控柔性表面材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)将PDMS的A组分与B组分按配比混合均匀，获得PDMS溶液；在所述PDMS溶液中加入硅油并搅拌均匀，获得混合溶液；
在所述混合溶液中加入羰基铁粉，然后以200r/min的速度机械搅拌10min，获得MRE前驱物；
(2)将所述MRE前驱物进行抽真空除气泡处理；
(3)将除气泡后的MRE前驱物平铺在培养皿中，60℃固化40min，获得半凝固MRE；
(4)将所述半凝固MRE放入磁场中，固化1h，使铁磁颗粒形成的链柱状结构平行于磁场方向，即获得正交各向异性润湿性的磁控柔性表面材料。
进一步地，步骤(1)中，A组分与B组分的质量比为10:1，所述混合溶液中硅油的体积分数为5％，所述羰基铁粉与所述PDMS溶液的质量比为7:4。
进一步地，步骤(4)中，磁场强度为0.3～0.5T。
进一步地，步骤(4)中，所述半凝固MRE的表面平行于磁场方向放置。
与已有技术相比，本发明的有益效果体现在：
1、本发明所获得的表面材料在不同方向上的滚动角不尽相同，使其润湿性呈各向异性，在液滴定向搬运、液滴筛选等方面具有良好的应用前景。
2、本发明改变了现有磁控超疏水材料的制备工艺，将PDMS与羰基铁粉混合除气泡并倒入模具后，先放进烘箱中固化至半凝固状态，再将其放入均匀磁场中彻底固化。本发明的材料在制备中，铁磁颗粒受磁场作用形成规则的微米级链柱状结构，而磁场方向与材料表面相互平行使材料表面形成线状微结构，从而使该材料表面获得了各向异性润湿性，使之从不同方向上对水滴的阻力不同。且因该材料为磁流变弹性材料，固其表面润湿性是可控的，可随着磁场的变化而变化。
3、本发明首次利用磁场改变了材料的润湿性。利用磁场可以使材料表面的润湿性发生改变，类似于从类荷叶超疏水转向类玫瑰花瓣超疏水，虽然它们都超疏水，但是对水滴的粘附力是不同的，在类荷叶上水滴粘附力比在类玫瑰花瓣上要小得多。通过磁场强度来调控材料表面的润湿性甚至可以让材料表面失去超疏水效应。
附图说明
图1为本发明实施例1所得正交各向异性润湿性的磁控柔性表面材料的照片。
图2为倾角30°时，水滴在磁控柔性材料表面的顺疏水方向和逆疏水方向的滚动距离-时间图。
图3为倾角30°时，水滴在磁控柔性材料表面的顺疏水方向和逆疏水方向的滚动速度-时间图。
具体实施方式
下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
实施例1
本实施例按如下步骤制备正交各向异性润湿性的磁控柔性表面材料：
(1)在玻璃培养皿(Φ80mm)表面喷洒4层脱模剂，晾干备用。
(2)称取2g硅烷偶联剂KH570、9.8g甲醇和88.2g去离子水于烧杯中，用冰醋酸调节混合溶液的pH值至4～5之间，然后加入200g铁粉，用高速搅拌机充分搅拌30min，最后置于真空干燥箱中烘干、研磨，即获得羰基铁粉。
(3)将PDMS的A组分18.0g与B组分1.8g混合均匀，获得PDMS溶液；在PDMS溶液中加入硅油并搅拌均匀，获得混合溶液，混合溶液中硅油的体积分数为5％；
在混合溶液中加入羰基铁粉(羰基铁粉与PDMS溶液的质量比为7:4)，然后以200r/min的速度机械搅拌10min，获得MRE前驱物。
(4)将MRE前驱物放入真空干燥仪(DZF-6020型)中抽出气泡，防止气泡在固化时破坏MRE薄膜。
(5)将除气泡后的MRE前驱物平铺于培养皿(Φ80mm，厚度为2mm)中，并在60℃鼓风干燥机(DHG-9075A)中固化40min，使MRE前驱物呈半凝固状态(可用玻璃棒轻微触碰材料边缘，材料不会弹起即可)。
(6)将半凝固MRE放入电磁铁产生的磁场中，并使材料表面平行于磁场方向，磁场强度为0.5T，固化1h，即获得正交各向异性润湿性的磁控柔性表面材料，其照片如图1所示。
从图2可以看出，在倾角为30°的情况下，在相同的时间内水滴在顺磁场方向的滚动距离大于水滴在与磁场方向呈90°方向上的滚动距离。从图3可以看出，在倾角为30°时，水滴在顺磁场方向上的滚动速度比水滴在与磁场方向呈90°方向上的速度快。从而可以得知在磁控柔性材料的不同方向上材料表面的润湿性是不同的，即磁控柔性材料的表面疏水性呈正交各向异性。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种正交各向异性润湿性的磁控柔性表面材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)将PDMS的A组分与B组分按质量比为10:1混合均匀，获得PDMS溶液；在所述PDMS溶液中加入硅油并搅拌均匀，获得混合溶液，所述混合溶液中硅油的体积分数为5％；
在所述混合溶液中加入羰基铁粉，然后以200r/min的速度机械搅拌10min，获得MRE前驱物；所述羰基铁粉与所述PDMS溶液的质量比为7:4；
(2)将所述MRE前驱物进行抽真空除气泡处理；
(3)将除气泡后的MRE前驱物平铺在培养皿中，60℃固化40min，获得半凝固MRE；
(4)将所述半凝固MRE放入磁场强度为0.5T的磁场中，使所述半凝固MRE的表面平行于磁场方向，固化1h，即获得正交各向异性润湿性的磁控柔性表面材料。
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