一種pdms彈性體上層層自組裝氫鍵膜皺紋演變的方法
【專利摘要】本發明公開了一種PDMS彈性體上層層自組裝氫鍵膜皺紋演變的方法，是在PDMS彈性體上層層自組裝氫鍵膜構成復合體系，加熱后浸酸實現皺紋演變的方法。PDMS價格低廉，具有良好的彈性、透光性，在較寬的溫度范圍內能夠保持較好的柔韌性和彈性。而層層自組裝技術在很早前就被廣泛研究，有很多的優點，實驗方法簡便，膜均一性和穩定性好。氫鍵膜的模量隨環境濕度和溫度的改變而產生很大的變化。本發明的方法在平面的PDMS上通過表面改性，利用自組裝方法構筑多層薄膜，系統考察了該軟/硬復合體被酸溶劑溶脹時薄膜表面皺紋變化及高級微圖案的形成。本發明皺紋演變過程中出現的六方點狀皺紋，在微球轉移，晶體生長方面有很多應用。
【專利說明】一種PDMS彈性體上層層自組裝氫鍵膜皺紋演變的方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及氫鍵膜的層層自組裝技術，具體涉及PDMS彈性體作為基底與氫鍵膜構成軟硬復合體系及皺紋演變研究。
【背景技術】
[0002]隨著信息化的發展，起皺作為一種制備微圖案的技術，具有簡單、快速、廉價的特點，因此制備大面積的，復雜的皺紋圖案是當前國際上的研究熱點。皺紋圖案化有許多廣泛的應用，如傳感器和催化劑的載體、微電子器件中的低介電常數材料、藥物傳輸和緩釋材料等。在近幾年材料科學的研究領域中，利用聚合物材料可控合成微納米尺度的圖形結構是其中之一。就復合材料而言，典型的研究模型集中在軟彈性體厚基底(如聚二甲基硅氧烷(PDMS))和其表面沉積的硬薄膜層二者構成的軟硬復合體。其中，硬質薄膜層可以通過表面改性，化學沉積與層層自組裝等方法制備。層層自組裝是上世紀90年代快速發展起來的一種簡易、多功能的表面修飾方法。LBL最初利用帶電基板在帶相反電荷中的交替沉積制備聚電解質自組裝多層膜。氫鍵層層自組裝得到的氫鍵膜交聯前后性質有很大的差異，對溶劑PH值具有響應性，并且保留層層自組裝的優點，實驗方法簡便，膜均一性和穩定性好。
【發明內容】
[0003]針對上述現有技術，本發明提供一種PDMS彈性體上層層自組裝氫鍵膜皺紋演變的方法，本發明的方法在平面的PDMS上通過表面改性，利用自組裝方法構筑多層薄膜，系統考察了該軟/硬復合體被酸溶劑溶脹時薄膜表面皺紋變化及高級微圖案的形成。
[0004]為了解決上述技術問題，本發明一種PDMS彈性體上層層自組裝氫鍵膜皺紋演變的方法，包括以下步驟: [0005]步驟一、將PDMS預聚體與交聯劑按質量比為10:1混合后，倒入培養皿中充分攪拌形成預聚合物；
[0006]步驟二、對預聚合物依次進行脫氣、干燥、固化后形成PDMS彈性體；
[0007]步驟三、將上述PDMS彈性體剪切成片材后放入聚丙烯酸和聚環氧乙烷的酸溶液中，組裝上不同層數的氫鍵膜，組裝每一層氫鍵膜的過程均為:先將上述PDMS彈性體片材用氧等離子體處理30秒；然后將PDMS彈性體片材依次放入濃度為2mg/mL的聚丙烯酸溶液中10分鐘、酸溶液中2分鐘、濃度為2mg/mL的聚環氧乙烷溶液中10分鐘、酸溶液中2分鐘，在組裝氫鍵膜的過程中，所有溶液的PH值均為2.5~3 ;
[0008]步驟四、將組裝上不同層數的氫鍵膜的PDMS彈性體片材放入硅膠的真空泵中干燥，然后放在200°C下加熱I小時，冷卻至室溫后在PDMS彈性體片材表面形成有迷宮狀皺紋；
[0009]步驟五、將上述表面形成有迷宮狀皺紋的PDMS彈性體片材浸入pH值為2.5~3的酸溶液中5分鐘至1.5小時，PDMS彈性體片材表面的迷宮狀皺紋發生演變。
[0010]進一步講，步驟三中，在組裝每一層氫鍵膜后，用冷風吹至膜表面無液滴，并用HCL溶液調節所有溶液的PH值。步驟五中，表面形成有迷宮狀皺紋的PDMS彈性體片材浸入酸溶液后，PDMS彈性體片材表面的氫鍵膜溶脹。
[0011]與現有技術相比，本發明的有益效果是:
[0012]本發明的方法具有良好的重復性，可實現皺紋不同形貌的演變。皺紋演變過程中出現的六方點狀皺紋，在微球轉移，晶體生長方面有很多應用。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0013]圖1為對比例得到的選區皺紋結構的光學顯微鏡圖片；
[0014]圖2為本發明實施例1得到的選區皺紋結構的光學顯微鏡圖片；
[0015]圖3為本發明實施例2得到的選區皺紋結構的光學顯微鏡圖片；
[0016]圖4為本發明實施例3得到的選區皺紋結構的光學顯微鏡圖片。
【具體實施方式】
[0017]下面結合【具體實施方式】對本發明作進一步詳細地描述。
[0018]對比例:
[0019]一種在PDMS彈性體上層層自組裝6層氫鍵膜起皺的方法，包括以下步驟: [0020]1.將PDMS預聚體與交聯劑按質量比10:1混合，倒入器皿中用玻璃棒充分攪拌形成預聚合物；
[0021]2.混合好的預聚合物中有小氣泡，需通過循環水式多用真空泵脫氣，本實施例中脫氣時間設定為2小時；脫氣完成后，將其放入恒溫鼓風干燥箱，然后在70°C下固化，固化4小時后形成PDMS彈性體；
[0022]3.將上述PDMS彈性體剪切成IcmX Icm的片材，放入聚丙烯酸PAA和聚環氧乙烷PEO的酸溶液中，在其表面組裝上多層氫鍵膜；
[0023]4.每一循環的過程為:先將上述PDMS彈性體片材用氧等離子體處理30秒；然后依次放入濃度2mg/mL的PAA溶液、酸溶液、2mg/mL的PEO溶液和酸溶液中，在上述溶液中的時間依次為10分鐘、2分鐘、10分鐘和2分鐘，上述過程中各溶液的pH值用HCL溶液調節在2.5左右。為了使膜均一緊致，組裝一個周期結束后，用吹風機冷風吹至膜表面無液滴；
[0024]5.按照上述步驟4的過程如此循環12次，在PDMS彈性體表面組裝上12層氫鍵膜；將組裝上12層氫鍵膜的PDMS彈性體片材放入硅膠的真空泵中干燥12小時，然后在200°C下加熱I小時，冷卻至室溫后在PDMS彈性體片材表面形成有迷宮狀皺紋。該表面迷宮狀皺紋光學顯微鏡圖片如圖1所示。
[0025]實施例1:
[0026]一種PDMS彈性體上層層自組裝氫鍵膜皺紋演變的方法，其中步驟I至4與對比例中的一樣，接著按照上述步驟4的過程如此循環12次，然后上述表面形成有迷宮狀皺紋的PDMS彈性體片材浸入到pH值為2.5左右的HCL溶液中，在光鏡下原位觀察，PDMS彈性體片材表面的氫鍵膜溶脹，浸酸5分鐘后，迷宮狀皺紋發生演變，其形貌見圖2。
[0027]實施例2:
[0028]一種PDMS彈性體上層層自組裝氫鍵膜皺紋演變的方法，其中步驟I至4與對比例中的一樣，接著按照上述步驟4的過程如此循環12次，然后上述表面形成有迷宮狀皺紋的PDMS彈性體片材浸入到pH值為2.5左右的HCL溶液中，在光鏡下原位觀察，PDMS彈性體片材表面的氫鍵膜溶脹，浸酸40分鐘后，迷宮狀皺紋發生演變，出現六方點狀皺紋，其形貌見圖3。
[0029]實施例3:
[0030]一種PDMS彈性體上層層自組裝氫鍵膜皺紋演變的方法，其中步驟I至4與對比例中的一樣，接著按照上述步驟4的過程如此循環12次，然后上述表面形成有迷宮狀皺紋的PDMS彈性體片材浸入到pH值為2.5左右的HCL溶液中，在光鏡下原位觀察，PDMS彈性體片材表面的氫鍵膜溶脹，浸酸I個小時后，迷宮狀皺紋發生演變，點狀逐漸融合，其形貌見圖4。
[0031]綜上，本發明在PDMS基底上組裝聚丙烯酸(簡稱PAA)和聚環氧乙烷(簡稱ΡΕ0)構成的氫鍵膜，組裝結束后在200°C下加熱I個小時，冷卻后出現迷宮狀皺紋，浸酸后皺紋會發生一些列演變，由迷宮狀演變到六方的點狀然后點狀融合成垂直的分段狀皺紋。通過“加熱-浸酸”實現皺紋的演變，調控PDMS彈性體表面微形貌，得到高級結構。皺紋在演變過程中得到的六方排布的點狀皺紋，在微球組裝，晶體生長方面有一定的潛在應用價值。
[0032]盡管上面 結合圖對本發明進行了描述，但是本發明并不局限于上述的【具體實施方式】，上述的【具體實施方式】僅僅是示意性的，而不是限制性的，本領域的普通技術人員在本發明的啟示下，在不脫離本發明宗旨的情況下，還可以作出很多變形，這些均屬于本發明的保護之內。
【權利要求】
1.一種PDMS彈性體上層層自組裝氫鍵膜皺紋演變的方法，包括以下步驟: 步驟一、將PDMS預聚體與交聯劑按質量比為10:1混合后，倒入培養皿中充分攪拌形成預聚合物； 步驟二、對預聚合物依次進行脫氣、干燥、固化后形成PDMS彈性體； 步驟三、將上述PDMS彈性體剪切成片材后放入聚丙烯酸和聚環氧乙烷的酸溶液中，組裝上不同層數的氫鍵膜，組裝每一層氫鍵膜的過程均為:先將上述PDMS彈性體片材用氧等離子體處理30秒；然后將PDMS彈性體片材依次放入濃度為2mg/mL的聚丙烯酸溶液中10分鐘、酸溶液中2分鐘、濃度為2mg/mL的聚環氧乙烷溶液中10分鐘、酸溶液中2分鐘，在組裝氫鍵膜的過程中，所有溶液的PH值均為2.5~3 ; 步驟四、將組裝上不同層數的氫鍵膜的PDMS彈性體片材放入硅膠的真空泵中干燥，然后放在200°C下加熱I小時，冷卻至室溫后在PDMS彈性體片材表面形成有迷宮狀皺紋； 步驟五、將上述表面形成有迷宮狀皺紋的PDMS彈性體片材浸入pH值為2.5~3的酸溶液中5分鐘至1.5小時，PDMS彈性體片材表面的迷宮狀皺紋發生演變。
2.根據權利要求1所述PDMS彈性體上層層自組裝氫鍵膜皺紋演變的方法，其中，步驟三中，在組裝每一層氫鍵膜后，用冷風吹至膜表面無液滴。
3.根據權利要求1所述PDMS彈性體上層層自組裝氫鍵膜皺紋演變的方法，其中，步驟三中，用HCL溶液調節所有 溶液的pH值。
4.根據權利要求1所述PDMS彈性體上層層自組裝氫鍵膜皺紋演變的方法，其中，步驟五中，表面形成有迷宮狀皺紋的PDMS彈性體片材浸入酸溶液后，PDMS彈性體片材表面的氫鍵膜溶脹。
【文檔編號】C08L83/04GK103467764SQ201310282025
【公開日】2013年12月25日 申請日期:2013年7月5日 優先權日:2013年7月5日
【發明者】魯從華, 李巧園 申請人:天津大學