论文部分内容阅读
本篇论文主要介绍了一种基于传统水滴模板法的自组装致孔技术,即Modified Breath Figure(mBF)法。与传统水滴模板法在基底上浇筑成膜获得多孔膜片的过程不同,我们将成膜液中的溶质以及溶剂相分离,将传统 BF法的成膜过程改造为溶剂处理过程。我们首先制得平面聚合物薄膜或者直接加工获得聚合物板材,然后借助易挥发性有机溶剂对所制得材料进行表面浸润,使得聚合物吸附溶剂分子后溶胀,同时将处理后的聚合物置入高湿环境中,水滴就会在挥发致冷的溶剂表面实现成核生长过程,并在毛细管力以及Marangonoi对流的协同作用下形成均匀的水滴阵列,最终在聚合物表面留下碗状多孔阵列结构。在对mBF法的方法学研究中,我们尝试利用氯仿、二氯甲烷、四氢呋喃以及相应的DDA溶液成功在聚苯乙烯(PS)、丙烯腈-b-丁二烯-b-苯乙烯(ABS)、聚乳酸(PLA)、聚己内酯(PCL)以及聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)上制备出规整孔洞形貌,并发现溶剂的饱和蒸汽压与样品孔径呈负相关,并且双十二烷基二甲基溴化铵(DDA)的加入有助于稳定水滴并增加孔径。这一系列结果证明了mBF法具有较好的材料普适性。进一步地,我们尝试利用这种水滴模板直接致孔技术的实施特点,突破传统水滴模板法只能使用2D基底制备多孔结构的限制。以PMMA管材、PLA棒材以及四棱柱、PS球等3D体型结构聚合物材料为致孔对象,将这些样品分别进行纯溶剂或者混合溶剂浸泡处理并转移入高湿环境下,成功在这些3D结构表面制得均匀孔洞阵列结构。这是应用水滴模板法原理在3D表面致孔的首次成功尝试,这次成功也标志着mBF法成功突破长期困扰传统水滴模板法的3D基底致孔问题,在极大程度上提升了mBF法致孔技术的实际应用价值。最后,我们基于mBF法所制备得到的多孔结构模板,经过压印复制过程获得具有微纳复合结构的聚二甲基硅氧烷(PDMS)突起阵列型超疏水材料。通过调节温度、环境湿度等实验参数,制备不同孔径聚合物多孔结构模板制得不同尺寸微米级PDMS突起阵列;最后将不同粒径的致密硅球层通过热压印的方法制得微米级、纳米级尺寸均动态可控的微纳复合PDMS膜片。通过各尺寸形貌PDMS的接触角分析发现,样品接触角与其表面粗糙程度呈正相关。并且微纳复合PDMS样品接触角高达150.0±3.2°,表现出超疏水性能。我们借助Cassie公式对各尺寸PDMS样品进行分析,利用数学模型解释了微纳复合结构样品获得超疏水性能的原因,并且定量分析了微纳复合结构参数对材料表面静态接触角的影响。