光固化复制模塑技术制备仿生含氟超疏水表面

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近年来,由于超疏水材料在防雾防污,自清洁,水滴的导向运输,油水分离以及生物医学等各方面的应用,制造超疏水性材料的研究已经受到了广泛的关注。材料表面粗糙度和低表面能修饰,是决定材料超疏水性能的两个主要因素。在自然界中有很多的超疏水现象,植物的叶子以及昆虫的翅膀和脚都具有极强超疏水性和自清洁能力,例如荷叶,蝴蝶的翅膀,水黾的脚和苍蝇的眼睛等。受到大自然的启发,材料科学家已经通过溶胶-凝胶,激光蚀刻,电纺丝,自组装等方法制备了超疏水表面。然而,直到现在想要用简单的方法大规模制备出更强的疏水性能,更好地重复利用性以及特定的微结构超疏水材料,仍然是相当具有挑战性的。在目前的工作中,我们的工作解决了上面存在的问题,能够用简单的方法以低成本的工艺大面积制备出具有超强疏水性能的表面。众所周知,UV固化技术由于其无溶剂,高聚合速率和低能耗等优点,而广泛应用于许多领域,在光固化体系中的由含氟预聚物制备材料,具有很好的疏水性,化学稳定性,耐高热性和耐候性等优点。本文通过结合含氟低聚物和光固化,用复制模塑技术制备超疏水表面。在这项研究中,首先以新鲜荷叶作为天然模板,在其表面浇注PDMS得到阴模图形,然后再以PDMS阴模为模板,结合光固化技术,以含氟预聚物为原料制备超疏水涂层。用这种方法可以大面积制备出超强疏水性的仿荷叶结构表面,在空气中其水的接触角(WCA)可以达到172°±2°,十六烷的在仿荷叶结构的表面会迅速铺展。并且研究发现当仿生超疏水表面暴露于空气或油中时,都具有强大的疏水功能。在本论文中仿生超疏水涂层不仅耐生活沾污,而且对细胞的黏附也有很好的抑制作用。基于制备的含氟仿生表面具有超疏水/超亲油性,我们在上述研究的基础上设计了超疏水/超亲油膜,用激光打出150μm的孔后可用于油水分离。此油水分离膜可以在几分钟内分离大量油-水混合物,与以前的研究相比具有低成本,环境友好性和良好循环使用性的优点。
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