CN115028873B - 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
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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