CN115028873A - 一种去浸润的磁响应超疏水微板的制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种去浸润的磁响应超疏水微板的制备方法，属于浸润表面调节技术领域。所述方法为：制备片状结构的光固化树脂模板，通过气相沉积将全氟癸基硅烷修饰到树脂上备用；配置5‑20：1质量比的PDMS与固化剂，搅拌均匀后浇筑到光固化树脂模板上，脱模后得到PDMS负模板，在PDMS负模板上气相修饰全氟癸基硅烷后备用；将磁性粉末钕铁硼和PDMS混合，搅拌均匀后浇筑在PDMS负模板上，彻底排出气泡后进行固化，脱模后得PDMS磁性微板；取SiO2纳米颗粒和正己烷溶剂混合，将上述PDMS磁性微板置入后超声，于50‑100℃加热1‑5h即可。本发明制备工艺简单，远程实时操控方便，基本无能耗。磁响应下液滴去除的临界尺寸降低约50％，去浸润效率更高。

Description

一种去浸润的磁响应超疏水微板的制备方法
技术领域
本发明属于浸润表面调节技术领域，具体涉及一种去浸润的磁响应超疏水微板的制备方法。
背景技术
固体表面的去浸润主要分为被动和主动的方式。被动方式往往需要设计特殊的表面结构，利用拉普拉斯压力、毛细力等促使液滴脱离表面，如仿仙人掌刺、蜘蛛丝、松针等结构的表面。然而，该去除方式是一个被动的过程，去浸润的液滴受固体表面结构的限制而需达到一个临界尺寸，最终液滴的去除大小和速度都会受到影响。
主动去浸润的固体表面近年来研究广泛，它能够依靠外部能量输入使其表面的物化性质发生改变，从而突破固有尺寸的限制而达到很好的去浸润效果。一般情况下，液滴的去除主要分为四个阶段：成核(小液滴开始粘附固体表面)、生长(液滴逐渐长大)、合并(相邻液滴接触积聚表面能)和离开(液滴克服表面粘附，释放表面能后自发脱离表面)。其中，离开阶段非常重要，它不仅关系到液滴的快速脱离，而且可以提供一个新的暴露表面为下一次去除做准备。针对此阶段，在磁、光、热、电等众多的响应表面中，磁控表面因其具有瞬时响应性、节能减排及环境保护等优点被重点研究。然而，有关磁性去浸润表面目前依然聚焦在灌注润滑液的多孔表面，其应用仍然有限，虽然注入液体的表面可以很好地去除液滴和快速地更新表面，但不可避免地会造成润滑油的损失，使表面无法使用。目前，在实际应用中，如何利用磁性动态微结构加速液滴的离去仍是一个亟待解决的问题。
发明内容
本发明的目的是为了解决固体表面高效去浸润的问题，提供一种去浸润的磁响应超疏水微板的制备方法，该发明通过简单有效的模板法制备一种磁响应PDMS超疏水微板，在远程磁刺激下，滞留在微板内的液滴可以被迅速挤压变形，以更小的临界尺寸提前跳离。该表面能够减少液滴生长所需的时间，增强液滴脱离，从而快速更新固体表面，最终加速整个脱湿过程。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：
一种去浸润的磁响应超疏水微板的制备方法，所述方法为：
步骤一：采用3d打印的方法，将曝光时间设为3-20s，制备出片状结构的光固化树脂模板，通过气相沉积将全氟癸基硅烷修饰到树脂上备用；配置5-20：1质量比的PDMS与固化剂，搅拌均匀后浇筑到光固化树脂模板上进行固化，脱模后得到对应沟槽结构的PDMS负模板，同样在PDMS负模板上气相修饰全氟癸基硅烷后备用；
步骤二：将磁性粉末钕铁硼和PDMS以1：1～4的质量比进行混合，其中PDMS添加有10-30％质量分数的固化剂，充分搅拌均匀后浇筑在PDMS负模板上，彻底排出气泡后进行固化，脱模后得到PDMS磁性微板；
步骤三：称取0.1-0.7g的SiO2纳米颗粒，加入20-80ml正己烷溶剂(C6H14)后超声处理，将上述PDMS磁性微板置入后继续超声处理，取出后于50-100℃加热1-5h，最终得到超疏水PDMS磁性微板。
进一步地，步骤一中，所述沉积的时间为3-24h。
进一步地，步骤一中，所述固化的温度为0-100℃，时间为1-6h。
进一步地，步骤二中，所述固化的温度为10-100℃，时间为2-6h。
进一步地，步骤三中，所述超声处理的时间分别为10-30min和10-60min。
本发明相对于现有技术的有益效果为：
1、制备工艺简单，远程实时操控方便，基本无能耗。
2、磁响应下液滴去除的临界尺寸降低约50％，去浸润效率更高。
3、去除的液滴无污染，可回收，能应用于干旱地区雾滴的收集。
附图说明
图1为3d打印光固化树脂示意图；
图2为微板的超疏水修饰示意图；
图3为微板的光学照片及微观形貌图；
图4为液滴在垂直沟槽的临界跳离的照片；
图5为液滴在磁致动沟槽的临界跳离的照片；
图6为磁性微板阵列对雾滴去除的示意图。
图7为实际高速拍摄照片。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的技术方案作进一步的说明，但并不局限于此，凡是对本发明技术方案进行修正或等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神范围，均应涵盖在本发明的保护范围之中。
实施例1：
采用3d打印的方法，将曝光时间设为18s，制备出片状结构的光固化树脂模板，如图1所示；通过气相沉积将全氟癸基硅烷修饰到树脂上备用，沉积时间为12h；配置10：1质量比的PDMS与固化剂，搅拌均匀后浇筑到备用的片状光固化树脂(长×宽×高＝(5-10)×(5-8)×2mm)上，于60℃加热4h，脱模后得到对应沟槽结构的PDMS负模板，同样在PDMS负模板上气相修饰全氟癸基硅烷后备用。
将磁性粉末钕铁硼(NdFeB)和PDMS以1：1的质量比进行混合，其中PDMS添加有10％质量分数的固化剂，混匀后浇筑在负模板上脱气处理，最后放入80℃烘箱加热4h后脱模得到PDMS磁性微板。称取一定质量疏水修饰的SiO2纳米颗粒，加入到正己烷溶剂(C6H14)后超声处理30min使其充分分散，如图2所示，之后将PDMS磁性微板置入其中，通过溶胀的方式将SiO2纳米颗粒包裹于PDMS外表面，得到超疏水PDMS磁性微板，其光学照片和SEM照片如图3所示。控制浸泡的时间来优化微板的疏水性，微板的修饰时间越长，其疏水性越好。
为了验证超疏水PDMS微板对液滴的去除能力，本发明通过自制的出水装置，以0.1-0.5μL/s的速度向磁性微板(高度1.5-2.5mm，间距0.8-1.5mm)的中间沟槽连续滴加小液滴，用帧数为100-1050的高速摄像机分别拍摄了PDMS微板未被响应时液滴能够离开沟槽的临界体积(图4)和通过磁致动可以离开沟槽的最小体积(图5)。
为了考察在露天环境中微板阵列对雾气的去除和收集情况，按上述方法制备了大尺寸的磁性微板阵列，10-20×10-15×2mm，如图6所示，利用超声喷雾装置模拟雾气环境，在样品侧方5-12cm处对样品进行测试。图7是在超声喷雾持续的喷射下用高速摄像机拍摄的一组磁致动照片。

Claims (5)

1.一种去浸润的磁响应超疏水微板的制备方法，其特征在于：所述方法为：
步骤一：采用3d打印的方法，将曝光时间设为3-20s，制备出片状结构的光固化树脂模板，通过气相沉积将全氟癸基硅烷修饰到树脂上备用；配置5-20：1质量比的PDMS与固化剂，搅拌均匀后浇筑到光固化树脂模板上进行固化，脱模后得到对应沟槽结构的PDMS负模板，同样在PDMS负模板上气相修饰全氟癸基硅烷后备用；
步骤二：将磁性粉末钕铁硼和PDMS以1：1～4的质量比进行混合，其中PDMS添加有10-30％质量分数的固化剂，充分搅拌均匀后浇筑在PDMS负模板上，彻底排出气泡后进行固化，脱模后得到PDMS磁性微板；
步骤三：称取0.1-0.7g的SiO2纳米颗粒，加入20-80ml正己烷溶剂后超声处理，将上述PDMS磁性微板置入后继续超声处理，取出后于50-100℃加热1-5h，最终得到超疏水PDMS磁性微板。
2.根据权利要求1所述的一种去浸润的磁响应超疏水微板的制备方法，其特征在于：步骤一中，所述沉积的时间为3-24h。
3.根据权利要求1所述的一种去浸润的磁响应超疏水微板的制备方法，其特征在于：步骤一中，所述固化的温度为0-100℃，时间为1-6h。
4.根据权利要求1所述的一种去浸润的磁响应超疏水微板的制备方法，其特征在于：步骤二中，所述固化的温度为10-100℃，时间为2-6h。
5.根据权利要求1所述的一种去浸润的磁响应超疏水微板的制备方法，其特征在于：步骤三中，所述超声处理的时间分别为10-30min和10-60min。
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Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111005050A (zh) * 2020-02-19 2020-04-14 南昌航空大学 一种提高烧结钕铁硼磁体耐蚀性双涂层的制备方法
CN111847897A (zh) * 2020-07-22 2020-10-30 中国石油大学(华东) 一种磁响应性超疏水表面的简易制备方法
CN111906009A (zh) * 2020-05-26 2020-11-10 赣南师范大学 一种无氟多尺度超疏水表面的制备方法
CN113275224A (zh) * 2021-04-29 2021-08-20 杭州电子科技大学 一种钕铁硼永磁体的表面腐蚀防护方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111005050A (zh) * 2020-02-19 2020-04-14 南昌航空大学 一种提高烧结钕铁硼磁体耐蚀性双涂层的制备方法
CN111906009A (zh) * 2020-05-26 2020-11-10 赣南师范大学 一种无氟多尺度超疏水表面的制备方法
CN111847897A (zh) * 2020-07-22 2020-10-30 中国石油大学(华东) 一种磁响应性超疏水表面的简易制备方法
CN113275224A (zh) * 2021-04-29 2021-08-20 杭州电子科技大学 一种钕铁硼永磁体的表面腐蚀防护方法

Non-Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
DAVID J. KRUG等: "Durable and Hydrophobic Organic−Inorganic Hybrid Coatings via Fluoride Rearrangement of Phenyl T12 Silsesquioxane and Siloxanes", 《ACS APPL. MATER. INTERFACES》 *
WU WANG等: "Superhydrophobic Shape Memory Polymer Microarrays with Switchable Directional/Antidirectional Droplet Sliding and Optical Switchable Directional/Antidirectional Droplet Sliding and Optical", 《ACS APPL. MATER. INTERFACES》 *
王武等: "液滴在超疏水形状记忆微阵列表面上定向/非定向滚动的可逆调控", 《高等学校化学学报》 *
马浩翔等: "可粘贴超疏水薄膜的制备", 《高等学校化学学报》 *

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