研究人员新发现怎么使微图案化疏水疏油？

关键字：超疏水 超疏油 耐磨损 全透明 PDMS

环境：

根据具备自清理、耐污、低摩擦阻力和耐污特性的超疏油高清晰度镀层，在电子光学设备、太阳能发电板和自清理窗子的工业生产使用中遭受普遍关心，但在目前为止生产制造的很多超疏油镀层中，欠缺机械设备耐用性等问题一直没法处理。

聚二甲基硅氧烷（PDMS）是一种通用性原材料，它有着不错的相溶性、有机化学可靠性、清晰度和机械设备延展性。被普遍用以生物医学工程机器设备，包含微液体和纳米技术流体设备等.

生物体纳米材料与仿生技术纳米技术探头试验室（NLBB）与俄亥俄州立高校（The Ohio State University）的Samuel Martin等根据微图案化和疏水性SiO2金纳米颗粒与羟基苯基二甲基硅氧烷环氧树脂的黏合剂涂敷使PDMS具备超疏水性，接着在镀层上气相色谱堆积氟氯硅烷使其具备超疏油溶性（图1）。其科研成果刊登在上年的《Journal of Colloid and Interface Science》上。

图1 氟化氢金纳米颗粒/黏合剂镀层

研究方向：

1、 PDMS板材及建筑涂料解决

将PDMS底材在丙酮选用超声波浴（45kHz工作频率）清理15min。随后，用去离子水清洗基材并使其干躁。

将600mg疏水性二氧化硅金纳米颗粒（10nm直徑）分散化在30mL容积比为 40％四氢呋喃和60％IPA中。应用超音波均化器（20kHz工作频率，35％震幅）对该混合物质开展超声波解决15min。随后，添加150mg羟基苯基有机硅树脂，最终将混合物质超声波解决15min以产生最后混合物质。

2、 镀层加工工艺

最先，应用平整或微图案化的PDMS做为板材，并应用UVO化学活化解决90min。活性后，根据喷漆枪从10cm远方用210kPa的空气压缩堆积1mL建筑涂料混合物质，放置70℃预烘5min。随后应用UVO将试品直射1h。最终用密闭式器皿将三氯（1H，1H，2H，2H-全氟辛基）氯硅烷气相色谱堆积在试品上（如下图2）。

图2 PDMS上的氟化氢纳米颗粒/黏合剂镀层的平面图

构造表现与功能测试：

创作者对试品特性进行了一系列的表现与功能测试。

1、 SEM剖析

图3 SEM图象

PDMS试品镀层的SEM图象（如下图3）。创作者发觉镀层具备凹入几何图形样子的分层次构造，这种凹入的几何图形样子有利于适用液滴以做到超疏油溶性。从纳米颗粒和黏合剂的μm级聚集体（如下图3a）可以看得出，第一级结构分析具备不一样的规格和样子。为了更好地观查构造的凹入几何图形样子，选用与一切正常倾角成70°的SEM图象（如下图3b），这种图象表明纳米颗粒和黏合剂通常电容量准球型。第二结构分析，纳米颗粒和黏合剂产生μm级附聚物集聚在不光滑外表层。不光滑表层会提升气穴的总数，因而提升了液气触碰总面积，进而提高了液态对立性。

2、 表层湿润

各种各样镀层在平面图和微图案设计PDMS上精确测量水和十六烷的CA与TA值（见表1）。没经加工处理的平扁PDMS有点疏水性，水CA为113°±2°，亲油溶性十六烷CA为52°±2°。根据微图案化PDMS，引进表面粗糙度并提高其疏水性合亲油溶性，造成水CA为151°±3°具备超疏水性和超亲油溶性。根据气相色谱堆积氟化氢的氟氯硅烷加上到试品中以降低表层动能和提升防油溶性。在氟化氢平扁的PDMS上，水CA提升至119°±2°，这几乎是平整表层上可以达到的较大CA，十六烷CA提升至69°±2°。在氟化氢微图案设计PDMS上，水CA维持与微图案化PDMS基本相同，远远高于在平面图PDMS上的CA值，且十六烷CA提升至68°±2°，伴随着简易的微图案化，用纳米颗粒/黏合剂镀层来得到超疏水性。

表1 堆积在各种各样镀层的平面图和微图案设计PDMS上的水和十六烷出液的静态数据表面张力和偏斜角的比较

3、 表层耐磨性能

根据应用磨擦损坏实验科学研究了平面图PDMS上的氟化氢纳米颗粒/黏合剂镀层的机械设备耐用性，在其中一部分损坏印痕所得的光学图像见图4，损坏实验在10mN下开展100次循环系统后造成可观查到的划痕。

图4 平板电脑磨擦损坏实验前和后

图5 出液在磨擦损坏前后左右及故意毁坏后的倾角

在损坏试验以前和以后纪录十六烷TA，及其根据刮擦故意毁坏造成镀层划痕上的TA（如下图5）。在损坏实验以前，拖过板材表层的十六烷出液彻底不容易遇阻，并且以2°±1°的TA从表层上滑掉；在损坏检测以后，当拖过表层时TA有所增加，十六烷出液被确定在缺点处，在TA为5°±1°时，出液在缺点处滚动。在TA为17°±2°时，置放在缺点上的出液可以滚动。在故意毁坏的镀层上，十六烷出液越来越相对高度固定不动，而且不管出液起止部位怎样，出液都必须53°±4°的TA才可以滑掉，试品通过损坏实验后镀层依然可以在缺点上抵触十六烷，这表明镀层沒有被彻底毁坏，该镀层依然具备耐磨性。

4、 镀层的表层透光性

图6 清晰度比照

当文字置放在平面图和微图案设计PDMS上的镀层后边时，文字依然可读（如下图6）。

结果:

Samuel Martin等人根据微图案化和疏水性SiO2金纳米颗粒与羟基苯基二甲基硅氧烷环氧树脂的黏合剂涂敷PDMS，接着在镀层上气相色谱堆积氟氯硅烷，使镀层具备耐磨性能、超疏水、超疏油和全透明等特点。

参考文献：

Martin, Samuel, and Bharat Bhushan. \”Transparent, wear-resistant, superhydrophobic and superoleophobic poly (dimethylsiloxane)(PDMS) surfaces.\” Journal of colloid and interface science 488 (2017): 118-126.

软文写手：何毅

来源于：我国建筑涂料工程设计研究所

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