一種在pdms彈性體上層層自組裝氫鍵膜起皺的方法
【專利摘要】本發明公開了一種在PDMS彈性體上層層自組裝氫鍵膜起皺的方法，是以聚二甲基硅氧烷（簡稱PDMS）作為基底與層層自組裝得到的氫鍵膜構成復合體系，干燥后氫鍵膜模量較低沒有皺紋形成，加熱后其模量增加，冷卻后起皺的現象。PDMS價格低廉，具有良好好的彈性、透光性，在較寬的溫度范圍內能夠保持其自然的柔韌性和彈性，無毒、易加工。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。組裝的層數與皺紋的周期成線性關系。本方法將層層自組裝技術與起皺現象結合起來，保留了層層自組裝的優點。
【專利說明】一種在PDMS彈性體上層層自組裝氫鍵膜起皺的方法
【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起皺研究。
【背景技術】
[0002]以PDMS為基底及其表面上構筑的超薄膜形成的該軟/硬復合體系為對象，研究該體系受外界刺激作用時，軟硬界面處應力的產生及其松弛形成的表面皺紋微結構的可控制備成為近幾年科研工作的熱點之一。膜的層層自組裝方法簡單易行，且操作簡單，得到的膜的穩定性比較高，圖像化、機械性能及應用研究工藝非常成熟。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，實驗方法簡便。用PDMS作基底，將氫鍵膜組裝到PDMS上，在一定的溫度下加熱一定時間，氫鍵膜高度交聯模量增加，冷卻后形成迷宮皺紋。隨著層數的增加，褶皺波長隨著增加，因此在同一視野下，看到的條紋數目變少。另外，這些新穎的松弛性結構已作為結構化模板在調控細胞和其他材料的選擇性吸附和生長、在潤濕性、微流芯片和電子器件等方面取得了廣泛應用。
【發明內容】
[0003]針對上述現有技術，本發明提供一種在PDMS彈性體上層層自組裝氫鍵膜起皺的方法。是以聚二甲基硅氧烷(簡稱PDMS)作為基底與層層自組裝得到的氫鍵膜構成復合體系，干燥后氫鍵膜模量較低沒有皺紋形成，加熱后其模量增加，冷卻后起皺的現象。聚二甲基硅氧烷(PDMS)價格低廉，具有良好好的彈性、透光性，在較寬的溫度范圍內能夠保持其自然的柔韌性和彈性，無毒、易加工。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。本發明以聚二甲基硅氧烷(PDMS)為基底，利用層層自組裝法制備了高分子的硬薄膜層，獲得了相應的軟硬體系；在彈性體表面的皺紋化處理方面，通過加熱等處理誘導軟硬界面處應力的產生，當應力達到臨界值時，體系以皺紋或裂紋的形式釋放應力，成功制得聚二甲基硅氧烷表面產生迷宮狀褶皺圖案。通過改變硬薄膜層的厚度，發現皺紋的周期性與層厚有線性關系，從而實現褶皺的可控制備。在軟基底上覆蓋一層膜起皺的思想也在很早前就被提出來。
[0004]為了解決上述技術問題，本發明一種在PDMS彈性體上層層自組裝氫鍵膜起皺的方法，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，倒入培養皿中用玻璃棒充分攪拌形成預聚合物；
[0006]步驟二、由于混合好的預聚合物中有小氣泡，因此需通過循環水式多用真空泵進行脫氣，脫氣時間為2小時；脫氣完成后，將預聚合物放入恒溫鼓風干燥箱，并在一定溫度下加熱固化后形成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 ;溶液的pH值用HCL溶液調節。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。以此類推，循環多次，組裝上多層氫鍵膜。
[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]與現有技術相比，本發明的有益效果是:
[0010]本發明的方法具有良好的重復性，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，通過改變自組裝氫鍵膜的模量，樣品表面形貌不同。本發明皺紋尺寸可以達到微米級別，在潤濕性、微流器件、選擇性沉積具有很大的應用價值。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0011]圖1為對比例得到樣品表面的光學顯微鏡圖片；
[0012]圖2為本發明實施例2得到的迷宮狀皺紋光學顯微鏡圖片；
[0013]圖3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；
[0014]圖4為本發明實施例4得到的選區皺紋結構的光學顯微鏡圖片；
[0015]圖5為本發明實施例5得到的皺紋周期和組裝層數的關系圖。
【具體實施方式】
[0016]下面結合優選的具體實施例對本發明作進一步詳細地描述，但本發明的實施并不限于此。
[0017]對比例:
[0018]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；
[0019]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；
[0020]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；
[0021]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；
[0022]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，此時表面沒有皺紋產生。該組裝12層的氫鍵膜組裝結束干燥后表面形貌光學顯微鏡圖片如圖1所/Jn ο
[0023]實施例1:
[0024]一種在PDMS彈性體上層層自組裝6層氫鍵膜起皺的方法，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6次，在PDMS彈性體表面組裝上6層氫鍵膜；將組裝上6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2所示。
[0025]實施例2:
[0026]一種在PDMS彈性體上層層自組裝12層氫鍵膜起皺的方法，其中步驟I至4與實施例I中的一樣，接著按照上述步驟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。12層氫鍵膜在200°C下加熱I小時出現迷宮狀皺紋光學顯微鏡圖片如圖3所示。可以看出，該迷宮狀皺紋相比實施例1的迷宮狀皺紋，其周期較大。
[0027]實施例3:
[0028]一種在PDMS彈性體上層層自組裝18層氫鍵膜起皺的方法，其中步驟I至4與實施例I中的一樣，接著按照上述步驟4的過程如此循環18次，在PDMS彈性體表面組裝上18層氫鍵膜；將組裝上18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。18層氫鍵膜在200°C下加熱I小時出現迷宮狀皺紋光學顯微鏡圖片如圖4所示，可以看出，該迷宮狀皺紋相比實施例2的迷宮狀皺紋，其周期增大。
[0029]上述實施例1、2、3是分別在PDMS彈性體上組裝6、12、18層的氫鍵膜，加熱后形成迷宮狀皺紋。圖5示出了皺紋周期和組裝層數的關系圖，可以看出隨著組裝層數的增加，迷宮狀皺紋周期也同時增加。
[0030]綜上，本發明在PDMS基底上組裝聚丙烯酸和聚環氧乙烷構成的氫鍵膜，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。實驗中可以通過調控組裝的層數，調控皺紋的周期。組裝的層數與皺紋的周期成線性關系。本發明方法將層層自組裝技術與起皺現象結合起來，保留了層層自組裝的優點，實驗方法簡便，膜均一性和穩定性好。
[0031]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】
1.一種在PDMS彈性體上層層自組裝氫鍵膜起皺的方法，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。
2.根據權利要求1所述在PDMS彈性體上層層自組裝氫鍵膜起皺的方法，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所述在PDMS彈性體上層層自組裝氫鍵膜起皺的方法，其中，步驟三中用HCL溶液調節所有溶液的pH值。
【文檔編號】B05D7/24GK103464356SQ201310282269
【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