类荷叶结构聚全氟乙丙烯的超疏水性.pdfVIP

V01．32 高等学校化学学报 No．5 CHEMICALOFCHINESEUNIVERSITIES 1175_1180 2011年5月 JOURNAL 类荷叶结构聚全氟乙丙烯的超疏水性 刘传生，蒋文曲，管自生 (南京工业大学材料科学与工程学院，南京210009) 摘要以聚二甲基硅氧烷(PDMS)复制的荷叶表面微结构为阴模模板，将聚全氟乙丙烯(FEP)粉体置于该阴 模模板上。在压力约为0．3N／cm2．280℃和一0．1MPa真空条件下，热压成型，制备了_具有类荷叶结构的 FEP表面．扫描电镜观察结果表明，FEP表面与荷叶表面微结构具有很大的相似性，该表面具有良好的超疏 水性，与水的接触角达到(168±1)o，滚动角约为2。．而且具有良好的疏酸、疏碱、疏盐性能和稳定性，即使 在溶液中长期浸泡而失去超疏水性能后．经Piranha洗液(体积分数为70％的浓硫酸和30％的H：02)处理约 10rain，其表面疏水、疏酸和疏碱性能可迅速恢复．热重分析结果表明，PDMS阴模在热压条件下失重极小， 可重复使用． 关键词聚二甲基硅氧烷；超疏水；类荷叶结构；聚全氟乙丙烯 175-06 中图分类号0647 文献标识码A 文章编号0251-0790(2011)05-1 近年来，超疏水表面的研究引起了广泛关注，已成为表面科学和材料科学的热点之一．超疏水表 面具有与水的静态接触角大于1500和滚动角小于100的特性…，这类表面具有自洁、防污、疏水、抗结 霜及抗氧化等重要功能，因此在建筑物和汽车外表面、电瓷绝缘体的防污染及微流体技术等多方面具 有广泛的应用前景¨“-． 超疏水表面的构建一般通过两种途径来实现：(1)在低表面能的疏水材料表面构建粗糙结 构一一¨；(2)用低表面能物质在粗糙结构上进行修饰处理【12’13J．通常，表面能越低，表面粗糙结构越 优化，形成的表面疏水性能越优异【11’¨J．自然界中荷叶的超疏水性及其表面微结构给人们提供了重要 的启示． Barthlott等¨纠通过观察荷叶表面的微观结构，发现“荷叶效应”是由荷叶表面微米级的乳突结构及 表面蜡质物共同作用所引起的．江雷研究小组¨引的研究发现，荷叶表面的微米乳突上还存在纳米结 构，这种微纳米尺度复合的梯度结构才是荷叶表面超疏水的根本原因．因此，荷叶表面优异的超疏水 自清洁性能是在荷叶表面的微观结构与低表面能的蜡质物共同作用下来实现的．在人工合成材料中， 在其表面形成微纳米结构，人们采用等离子技术在一些基底上形成具有特殊微纳米结构的PTFE涂 层…J．聚全氟乙丙烯(FEP)是一种新型的全氟热甥性树脂。它是PTFE的改性产品，基本上保留了PT． FE的性能，如优异的耐高温性、化学稳定性和电学性、突出的表面不粘性和较高的机械强度，FEP比 般热甥性塑料的加工方法进行加工成型【1“引J，所以若在FEP塑料表面构建类荷叶结构，将制备出性 能优异的超疏水表面功能材料．但FEP熔点高达280oC，因此难以在常温常压下制备类荷叶表面微结 构． 近年来，在微电子和微制造领域中广泛应用的纳米／微米复模成型技术旧“圳为通过复制荷叶表面 微观结构制备具有超疏水性能的材料提供了一条可行的途径．聚二甲基硅氧烷(PDMS)具有耐高温、 柔软、与其它材料不粘连的优点，作为软模板材料可以精确复制微图案．PDMS软模板很容易从样品 收稿H期：20lO彤-25． 基金项目：国家自然科学蕞金(批准号21071081)资助． 联系人简介：管自生，男．博士．教授．主要从事过渡金属氧化物半导体光电功能材料和仿尘材料研究 E·mail：zishengguan@163．corn 万方数据 表面剁离具有良好的化学稳定性和削棠稳定性””．利川PDMS软摸板复制转移荷l叶击l^l微结构足 “ 制备超疏水表面的常用方法之 水上以茼叫为模扳．片j 厦其对水、酸性