一种具有集水功能的梯度阵列微纳结构、应用及制备方法.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN115894997A(43)申请公布日2023.04.04(21)申请号202211639364.5(22)申请日2022.12.20(71)申请人江南大学地址214122江苏省无锡市滨湖区蠡湖大道1800号(72)发明人魏宁李欣茹赵军华刘禹(74)专利代理机构无锡华源专利商标事务所(普通合伙)32228专利代理师过顾佳(51)Int.Cl.C08J5/18(2006.01)C08J7/00(2006.01)C08L83/04(2006.01)B82Y40/00(2011.01)E03B3/28(2006.01)权利要求书2页说明书5页附图3页(54)发明名称一种具有集水功能的梯度阵列微纳结构、应用及制备方法(57)摘要本发明公开了一种具有集水功能的梯度阵列微纳结构、应用及制备方法，涉及纳米材料制备技术领域，制备方法包括：准备一个培养皿，使用隔片将培养皿分成至少两个区域；在每个区域内制备PS微球模板，且每个区域的PS微球直径不同；撤掉隔片，制备液态硅胶并使其覆盖PS微球模板；依次进行固化、取膜、去球操作，得到具有锥状梯度阵列的硅胶薄膜，基于锥状梯度阵列造成的疏水性差异，使得位于硅胶薄膜表面的液滴向着梯度正方向自发性驱动，梯度正方向为各阵列直径由小到大排列的方向。该结构完全依靠锥状梯度阵列造成的表面疏水性差异，从而引起水滴自发性驱动，是一种具有耐用性且安全优势的集水表面。CN115894997ACN115894997A权利要求书1/2页1.一种具有集水功能的梯度阵列微纳结构，其特征在于，该结构为硅胶薄膜，硅胶薄膜表面具有至少两种不同直径、向内凹陷的锥状梯度阵列，基于锥状梯度阵列造成的疏水性差异，使得位于硅胶薄膜表面的液滴向着梯度正方向自发性驱动，所述梯度正方向为各阵列直径由小到大排列的方向。2.根据权利要求1所述的具有集水功能的梯度阵列微纳结构，其特征在于，所述硅胶薄膜的材料为PDMS。3.根据权利要求1所述的具有集水功能的梯度阵列微纳结构，其特征在于，所述基于锥状梯度阵列造成的疏水性差异，使得位于硅胶薄膜表面的液滴向着梯度正方向自发性驱动是指：小直径阵列的液滴接触角大于大直径阵列的液滴接触角，基于表面能梯度定律推理得出液滴接触角越大时，其表面疏水性越强，表面能越小，则液滴自发的从低表面能区向高表面能区移动的结论。4.一种具有集水功能的梯度阵列微纳结构的制备方法，其特征在于，包括：准备一个培养皿，使用隔片将培养皿分成至少两个区域；在每个区域内制备PS微球模板，且每个区域的PS微球直径不同；撤掉隔片，制备液态硅胶并使其覆盖所述PS微球模板；依次进行固化、取膜、去球操作，得到具有锥状梯度阵列的硅胶薄膜。5.根据权利要求4所述的具有集水功能的梯度阵列微纳结构的制备方法，其特征在于，在每个区域内制备PS微球模板的方法包括：在每个区域中分别加入同体积的去离子水；将第一PS微球水溶液与同体积乙醇混合均匀后，滴加在一个区域的去离子水表面，形成第一PS微球单层膜；将第二PS微球水溶液与同体积乙醇混合均匀后，滴加在另一个区域的去离子水表面，形成第二PS微球单层膜；其中，第一PS微球直径小于第二PS微球直径，第一、第二PS微球单层膜中的PS微球漂浮于液面上。6.根据权利要求4所述的具有集水功能的梯度阵列微纳结构的制备方法，其特征在于，制备液态硅胶并使其覆盖所述PS微球模板的方法包括：将PDMS单体和固化剂以一定比例混合，获得PDMS前驱体液；使用注射器将所述PDMS前驱体液逐滴滴加浮于液面表面的PS微球模板上，直至铺满整个液面并覆盖PS微球模板及微球间隙，得到PDMS前驱体液膜。7.根据权利要求4所述的具有集水功能的梯度阵列微纳结构的制备方法，其特征在于，进行固化操作的方法包括：将培养皿静置于磁力加热搅拌器的水浴容器中，待液态硅胶固化交联过程完成后，具有PS微球模板的硅胶薄膜形成于液面上。8.根据权利要求4所述的具有集水功能的梯度阵列微纳结构的制备方法，其特征在于，进行取膜、去球操作的方法包括：用镊子将具有PS微球模板的硅胶薄膜从水面揭下，并放置于二甲基甲酰胺溶液中一段时间用于溶解PS微球。9.根据权利要求5所述的具有集水功能的梯度阵列微纳结构的制备方法，其特征在于，2CN115894997A权利要求书2/2页在每个区域内制备PS微球模板的方法还包括：滴加数滴十二烷基磺酸钠水溶液于液面边缘，用以稳定第一、第二PS微球单层膜。10.一种具有集水功能的梯度阵列微纳结构的应用，其特征在于，包括：将如权利要求1‑3任一所述的硅胶薄膜附在垂直向下的样品台上，且令硅胶薄膜的梯度正方向与重力方向一致，在样品台下方放置接水容器；硅胶薄膜表面的锥状梯度阵列作为集水表面，用于使液滴基于表面能梯度与重力的双