紫外光刻技术制备各向异性超疏水表面
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材料科学中的超疏水表面设计与制备材料科学是一个旨在改良和创新材料的学科,其中包括对材料的性能、结构以及制备方法的研究。
在当今社会中,涂层技术和表面工程是材料科学中的重要领域之一。
超疏水表面是其中的研究热点之一,其具有广泛的应用前景,如抗污染涂层、液滴运动控制和液体分离等。
疏水性指的是材料与液体接触时产生的界面接触角大于90°。
而超疏水性表面是指当液体滴在材料表面时,滴体会形成几乎完全的球形,界面接触角可达150°到180°。
超疏水表面的设计与制备是要在材料表面上形成一层具有高度微纳结构的薄膜,使水滴在其表面上产生极小的接触区域和接触时间,形成高度的疏水性。
超疏水表面的设计和制备可以通过多种方法实现。
其中一种方法是通过化学涂覆材料表面。
化学涂覆通常是将一系列化学物质混合,并施加于材料表面。
这种方法的关键是控制涂层的厚度和组分,从而实现理想的超疏水性。
例如,在表面工程中,利用纳米颗粒的组合可以实现高度疏水性,并有效地控制液体的滑动性能。
此外,采用溶胶-凝胶法制备的材料也可以用于超疏水表面制备。
该方法通常涉及将溶胶浸泡于材料表面,然后通过烘烤等处理,使溶胶转变为凝胶,从而形成具有高度微纳结构的表面。
除了化学涂覆外,材料的微纳结构也可以通过物理处理方法来制备。
例如,通过激光刻蚀和电子束雕刻等方法,可以在材料表面制备微米和纳米级别的结构。
这些结构可以有效地改变材料表面的形貌,从而实现超疏水性。
此外,一些特殊的物理方法,如上述的物理刻蚀以及反应离子镀、溅射和热喷涂等方法,也可以用于超疏水表面的制备。
超疏水表面的设计不仅仅局限于上述提到的方法,还可以通过生物模仿和自组装等方法来实现。
生物模仿方法是通过模仿自然界的生物表面结构来设计超疏水表面。
例如,莲花叶面上的微纳结构使其具有超疏水性,这种结构可以通过光刻等方法在材料表面制备。
此外,利用聚合物自组装的方法也可以实现超疏水表面的制备。
功 能 高 分 子 学 报Journal of Fu nctional Polym ers Vol.21No.22008年6月收稿日期:2008-03-10基金项目:国家自然科学基金(10672197)作者简介:石 璞(1976-),男,安徽安庆人,讲师,在读博士,研究方向:生物医学材料。
E -m ail:s hipu1976@通讯联系人:陈 洪,E -mail:ch enh ong cs@综 述超疏水表面的制备方法石 璞1,3, 陈 洪2, 龚惠青3, 袁志庆1, 李福枝3, 刘跃军3(1.中南大学粉末冶金研究所,长沙410083; 2.中南林业科技大学,长沙410004;3.湖南工业大学包装新材料与技术重点实验室,湖南株洲412008)摘 要: 超疏水表面材料具有防水、防污、可减少流体的粘滞等优良特性,是目前功能材料研究的热点之一。
其中超疏水表面的制备方法是研究的关键点。
介绍和评述超疏水表面的制备方法,对该领域的发展方向进行了展望。
关键词: 超疏水;表面;制备方法中图分类号: O647 文献标识码: A 文章编号: 1008-9357(2008)02-0230-07Methods to Prepare Superhydrophobic SurfaceSH I Pu 1,3, CH EN H ong 2, GONG H u-i qing 3, YUAN Zh-i qing 1, LI Fu -zhi 3, LIU Yue -jun 3(1.Institute o f Pow der M etallurgy ,Central South U niv ersity ,Chang sha 410083,China;2.Central South University of Forestry and Technology ,Changsha 410004,China;3.Key Laboratory ofNew Material and Technology for Package,Hunan University of Technology ,Zhuzhou 412008,Hunan,China)Abstract: Superhydr ophobic m aterials have received tremendous attention in recent year s because of its special proper ties such as w ater -proof,ant-i po llution,reduction resistance o f flow ing liquid,etc.It beco mes ho tspo t research in functional m aterial field,and the preparation m ethods to acquir e excellent superhydropho bic surface are key to the r esearch.Repr esentative articles in r ecent years about prepar ation methods are review ed in this article.T he prospect of dev elo pments is proposed.Key words: super hy drophobic;surface;preparation methods自从Onda 等[1]1996年首次报道在实验室合成出人造超疏水表面以来,超疏水表面引起了研究人员的广泛兴趣。
利用软模板和紫外光固化技术制备超疏水表面刘斌;傅叶勍;阮维青;和亚宁;王晓工【期刊名称】《高分子学报》【年(卷),期】2008()2【摘要】研究了一种制备超疏水表面的新方法.该方法以复制了荷叶表面结构的聚二甲基硅氧烷(PDMS)弹性体为软模板.利用可紫外光交联预聚物在模板压印条件下固化成型,得到了具有微乳突结构的仿荷叶表面.制备的仿荷叶表面表现出了超疏水性能.通过对紫外光固化体系中的单体含量、交联剂含量、引发剂含量、以及紫外曝光时间等因素的研究,得到了使仿荷叶表面的疏水性优化的条件.【总页数】6页(P155-160)【关键词】软模板;超疏水;接触角;紫外光固化;聚二甲基硅氧烷(PDMS)【作者】刘斌;傅叶勍;阮维青;和亚宁;王晓工【作者单位】清华大学化工系高分子研究所教育部先进材料重点实验室【正文语种】中文【中图分类】TQ325.306;Q512.101【相关文献】1.基于白松模板的Cu/C超疏水表面的制备及疏水性能∗ [J], 刘桂菊;王天驰2.紫外光刻技术制备各向异性超疏水表面 [J], 占彦龙;李文;李宏;胡良云3.软模板印刷法制备超疏水性聚苯乙烯膜 [J], 金美花;廖明义;翟锦;江雷4.基于玫瑰花瓣超疏水高/低黏附特性利用软印刷技术构筑超疏水高黏附性竹材表面的研究 [J], 王发鹏; 苏连锋; 金赵敏; 毛鹏峰; 范红伟; 金满洁; 黄建颖; 袁华; 朱俊; 李霞; 林鹏; 庞久寅; 汤玉训5.基于玫瑰花瓣超疏水高/低黏附特性利用软印刷技术构筑超疏水高黏附性竹材表面的研究 [J], 王发鹏; 金满洁; 黄建颖; 袁华; 朱俊; 李霞; 林鹏; 庞久寅; 汤玉训; 苏连锋; 金赵敏; 毛鹏峰; 范红伟因版权原因,仅展示原文概要,查看原文内容请购买。
超疏水表面的制备方法及应用的研究进展摘要:在材料科学发展日新月异的今天,超疏水表面一直是材料研究的重点,并在军事、工业、民用方面具有极高的应用前景。
而润湿性是决定材料疏水性的关键所在,如何降低润湿性是提高材料疏水性的主要手段。
本文简单介绍了表面润湿性的基本理论,综述了超疏水表面的制备方法,及其相关应用的研究进展。
关键词:超疏水表面;润湿性;微/纳米结构1.引言在自然界中,许多生物都有着特殊的表面结构,而其中植物叶片的表面结构因其特殊的性质引起了人们极高的兴趣。
而在植物叶片中,荷叶叶片上表面的特殊性质又极为明显,荷叶的表面不均匀且大量地分布着平均直径在5~9微米的乳突,而乳突又是由许多的平均直径在121.1~127.5纳米的纳米分支结构组成。
除此之外,我们还可以发现在荷叶的下一层表面中还存在着纳米级的蜡晶。
通过蜡晶结构与乳突组成的微纳结构,成功地减少了叶面与液体的接触面积。
与此同时,通过微纳结构,荷叶也减少了与脏污的接触,便于脏污被带走,这就是荷叶叶片所表现出的自清洁性。
而溯其根本,自清洁性又是超疏水性的一个表现。
自然界中还有很多动植物的表面有超疏水的性质,例如在水面自由移动的水蛭。
为了这些动植物的研究,是人们对于超疏水表面的认识更加深入,这对于制备功能材料具有很好的意义。
润湿性是影响超疏水性质的关键,是指某种液体在一个平面上的延展,覆盖的能力。
假设有一液面铺展在一平面上,气、液、固三种物质接触于同一点处。
气-液界面的切线与固-液接触面的夹角为θ,称θ为接触角。
为了方便判定,通常以水与固体表面的接触角θ的大小来判断润湿性,并区分亲疏水表面。
当θ大于150?时,该表面被称为超疏水表面;当θ大于90°时,被称为疏水表面;当θ小于90°时,被称为亲水表面;当θ小于10°时,被称为超亲水表面。
其中,90°作为亲水与疏水的分界。
假设有一理想的平滑均匀平面,没有任何粗糙介质,则表面接触角θ满足杨氏方程:图1两种粗糙表面的润湿模型:Wenzel模型和Cassie模型近年来,由于超疏水表面在日常生活中及工业生产等方面有极高的价值,超疏水表面的制备及相关应用研究日益增多,本文主要综述超疏水表面的制备方法与其相关应用。
超疏水表面制备工艺研究近年来,超疏水材料的制备技术在科学界引起越来越多的关注。
其疏水性能极强,可以应用于防水、油污污染防治、生物医用材料等多个领域。
在此,我们将探讨一下超疏水表面制备的相关技术及其研究进展。
一、超疏水表面的特性超疏水表面指的是水接触此表面时呈现出非常小的接触角,通常小于150度,因此雨滴在表面上不易停留,甚至其自身的重力都可能使其滑落,即具备“莲叶效应”。
在超疏水表面上,水珠几乎无法湿润,微小的颗粒和油类污物也可以轻松被溶解或清除,具有优异的特性。
二、超疏水表面的制备工艺1、界面微纳加工法此法是以微纳技术为基础,通过人工调整界面结构和形貌,来达到提高表面疏水性的目的。
其优点在于结构可调、表面性能优异。
其缺点在于工艺复杂,成本较高。
2、激光转移法激光转移法是以激光脉冲为工具,通过材料表面和激光之间的相互作用,实现表面特性的改变。
其优点在于可实现大规模高效制备,其缺点在于目前的工艺条件下,其表面性能尚不完全符合超疏水需要。
3、自组装法自组装法是通过在微纳结构表面,构造可控的疏水颗粒层数来实现疏水表面的制备。
其优点在于工艺简单、成本低廉,适用于大规模制备。
其缺点在于对层数的控制较为困难,制备的材料长期使用可能出现脱层等情况。
三、超疏水表面制备技术进展在研究超疏水表面制备技术的过程中,业界一直在寻求更为高效、成本更低的制备方法,以用于工业化生产。
近年来,利用生物中的天然超疏水结构制备超疏水材料的技术成为一个新的研究方向。
例如,利用蜡叶、蝴蝶翅膀等自然物资,进行仿生学研究,制备出具有超疏水特性的材料。
此外,利用人工智能进行超疏水材料的设计研究也引起了学界的广泛关注,通过计算机模拟、深度学习等技术,来确定最佳的微观结构和形状参数,为超疏水表面的制备提供了新的途径。
总结而言,超疏水材料作为一种新型材料,其制备技术与应用领域正在不断拓展,未来有望能够广泛应用于生活、环保、生物医学等众多领域。
一步法制备超疏水绿色涂层关键字:银,化学沉积,电子扫描显微镜(SEM),X-射线衍射,纳米结构,超疏水绿色涂层。
摘要:一般情况下制备超疏水表面有两个步骤:1.制作粗糙表面2.低表面能分子和涂层表面的钝化。
没有具备这两个重要因素不能形成超疏水性能的表面。
就目前的成果,我们已经证明通过将铜基板浸泡在含有苯甲酸的硝酸银溶液中发生的电化学反应用在铜基板上生成超疏水银薄膜只需一步,于前一种方法比较它简化了复杂的两个步骤。
于使用类似的过程在没有苯甲酸的情况下制备银薄膜进行了比较研究。
X-衍射(XDR)和傅立叶变换红外线光谱(FTIR)证实了形成的银薄膜中融入了苯甲酸分子。
电子扫描显微镜(SEM)图像表明在有和没有苯甲酸参与制备的薄膜中,分别呈现出微米结构为叶片状和花朵状的形态结构。
含有苯甲酸的花状银薄膜表现出像水珠滚落这些表面这样的疏水性,而水滴遇到不含有苯甲酸的叶片状银薄膜则被完全吸收。
1.简介技术通常应用科学,而科学的灵感来自大于大自然。
许多研究人员使用技术制作超疏水性表面就是这样一个例子。
许多植物表面和某些昆虫和动物的身体部分呈现超疏水性质,逐步形成了在雨中洗刷污垢和尘埃颗粒而幸免于许多自然灾害。
由于超疏水表面在今天的新兴技术中的巨大重要性,人们在仿生方面已作出许多努力。
为了使它们涉及仿生解决方法,术语“biomimicking”常用来表示的人工生产的超疏水表面技术。
由于超疏水表面独特的防水性能和自然净化能力,其应用是多种多样的。
超疏水表面最吸引眼球的地方包括防生物附着船[4]生物芯片[5],医学领域的应用[6],微流体[7],耐腐蚀电阻[8],眼镜,自我清洁挡风玻璃汽车[9],抗污纺织品[10],抗粘雪天线和窗户[11]和其他许多方面。
在一次最近的检测中我们已经证明,超疏水纳米结构表面在防冰效果上发挥着重要作用,其中可能有涂层电缆,绝缘材料,飞机机翼,船体,玻璃结构,挡风玻璃等多样化的应用。
最近一本由KLMittal和A.Carre 编辑,题目为“超疏水表面”的书中也说明了多种超疏水表面的制备技术和应用。
超疏水表面的制备与性能研究在当今科技不断发展的时代,超疏水表面因其独特的性能引起了广泛的关注和研究。
超疏水表面通常是指与水的接触角大于 150°,滚动角小于10°的表面。
这种表面具有自清洁、防腐蚀、抗结冰等优异性能,在许多领域都有着广阔的应用前景,如航空航天、建筑、生物医学等。
超疏水表面的制备方法多种多样,常见的有以下几种:化学刻蚀法是一种较为传统的制备方法。
通过使用强酸、强碱等化学试剂对材料表面进行刻蚀处理,从而形成微观粗糙结构。
例如,使用氢氟酸刻蚀硅表面,可以得到具有一定粗糙度的结构。
但这种方法往往存在环境污染和对材料本身性能可能造成损害的问题。
模板法是利用具有特定结构的模板来制备超疏水表面。
例如,以多孔氧化铝模板为基础,通过电沉积或化学沉积等方法在模板的孔隙中填充材料,然后去除模板,就可以得到具有规则微观结构的超疏水表面。
这种方法能够精确控制表面结构,但模板的制备和去除过程较为复杂。
溶胶凝胶法是一种制备超疏水涂层的常用方法。
将前驱体在溶液中进行水解和缩合反应,形成溶胶,然后通过涂覆、干燥等工艺在基底表面形成凝胶涂层。
通过调整反应条件和添加适当的改性剂,可以控制涂层的粗糙度和化学组成,从而实现超疏水性能。
另外,还有一些新兴的制备方法,如激光刻蚀法、等离子体处理法等。
激光刻蚀法利用激光的高能量对材料表面进行加工,能够快速、精确地制备出具有特定形貌的超疏水表面。
等离子体处理法则通过等离子体中的活性粒子与材料表面发生反应,改变表面的化学组成和粗糙度。
在超疏水表面的性能研究方面,其自清洁性能是一个重要的研究方向。
当水滴在超疏水表面上时,由于表面的低粘附性,水滴很容易滚落,并带走表面的污染物,从而实现自清洁效果。
这种自清洁性能在太阳能电池板、建筑外墙等领域具有很大的应用潜力,可以减少人工清洁的成本和工作量。
防腐蚀性能也是超疏水表面的一个显著特点。
由于水难以在超疏水表面停留和渗透,能够有效地阻止腐蚀介质与基底材料的接触,从而提高材料的耐腐蚀性能。
第17卷第32期2017年11月1671 — 1815(2017)032-0050-05科学技术与工程Science Technology and EngineeringVol. 17 No.32 Nov. 2017©2017 Sci.Tech.Engrg.一般工业技术紫外光刻技术制备各向异性超疏水表面占彦龙1!2李文2!李宏1胡良云1!2(湖北师范大学物理与电子科学学院1$黄石435002;湖北理工学院矿区环境污染控制与修复重点实验室2$黄石435003)摘要结合紫外光刻技术与湿化学刻蚀法,将掩模板上的条纹结构转移到锌基体上&然后利用月桂酸修饰降低表面能,制备出具有不同间距条纹结构的各向异性超疏水表面。
使用接触角测量仪表征其浸润性、偏光显微镜表征其形貌结构、傅里叶红外光谱仪分析表面成分,利用接触角测量仪搭建筒易的平台探究制备的具有条纹结构的各向异性超疏水表面的减阻性能。
掩模板上5、10、15、30 i m间距的条纹图案很好地转移到了锌基体上,经月桂酸修饰后接触角最高达156.26°。
当间距* =30 im时,各向异性浸润性最显著,'34=9.93°。
实验表明可通过调节条纹间距来控制各向异性浸润性,各向异性浸润性程度'C K随条纹间距的增加而增加,平行于各向异性超疏水表面的条纹结构方向有一定的减阻性能。
利用该方法可制备特殊结构的各向异性超疏水表面,用于流体定向减阻与运输,微流体器件等领域。
关键词紫外光刻技术条纹结构各向异性超疏水浸润性减阻中图法分类号TB342; 文献标志码B仿生超疏水表面具有优异的疏水性能,使得其 拥有防水(1)、防覆冰(2)、防污染(3)、防腐蚀(4)等特 性,在很多领域有着潜在的应用前景[5—9],如输电线 路防冰雪,运输管道减阻,轮船增加浮力,金属防腐 蚀,建筑外墙防水自清洁等。
制备超疏水表面的方法有很多,如电化学沉积、溶胶凝胶法、模板法等,但 大多数方法制备出来的超疏水表面形貌都是各向同 性的。
紫外光刻技术制备各向异性超疏水表面占彦龙;李文;李宏;胡良云【摘要】结合紫外光刻技术与湿化学刻蚀法,将掩模板上的条纹结构转移到锌基体上;然后利用月桂酸修饰降低表面能,制备出具有不同间距条纹结构的各向异性超疏水表面.使用接触角测量仪表征其浸润性、偏光显微镜表征其形貌结构、傅里叶红外光谱仪分析表面成分,利用接触角测量仪搭建简易的平台探究制备的具有条纹结构的各向异性超疏水表面的减阻性能.掩模板上5、10、15、30μm间距的条纹图案很好地转移到了锌基体上,经月桂酸修饰后接触角最高达156.26°.当间距d=30μm时,各向异性浸润性最显著,ΔCA=9.93°.实验表明可通过调节条纹间距来控制各向异性浸润性,各向异性浸润性程度ΔCA随条纹间距的增加而增加,平行于各向异性超疏水表面的条纹结构方向有一定的减阻性能.利用该方法可制备特殊结构的各向异性超疏水表面,用于流体定向减阻与运输,微流体器件等领域.%The stripe structure on the mask plate was transferred to the zinc substrate by combining ultraviolet ( UV ) photolithography and wet chemical etching , and the anisotropic superhydrophobic surfaces with different stripe spacing were prepared by modifying the surface with lauric acid to lower down surface energy .The wettability was measured by the contact angle measurement instrument , and its morphology was characterized by polarizing mi-croscope , the surface composition was analyzed by Fourier transform infrared spectrometer .The drag-reduction per-formance of as-prepared anisotropic superhydrophobic surface with stripe structure was explored by a simple plat -form built with contact angle measurement instrument .The stripe pattern with the spacing of 5, 10, 15, 30μm on themask plate was well transferred to the zinc substrate , and the contact angle was as high as 156.26 °after being modified by lauric acid.Whend=30 μm, the degree of anisotropy is most significant ,ΔCA=9.93°.The experi-mental results show that the anisotropic wettability can be controlled by adjusting the stripe spacing , the degree of anisotropic wettability increases with the increase of stripe spacing , and the as-prepared anisotropic superhydropho-bic surface has a certain drag reduction performance .Anisotropic superhydrophobic surface with special structure can be prepared by this method for applications in the filed of fluid directional drag-reduction and transportation , microfluidic devices and other fields .【期刊名称】《科学技术与工程》【年(卷),期】2017(017)032【总页数】5页(P50-54)【关键词】紫外光刻技术;条纹结构;各向异性;超疏水;浸润性;减阻【作者】占彦龙;李文;李宏;胡良云【作者单位】湖北师范大学物理与电子科学学院,黄石 435002;湖北理工学院矿区环境污染控制与修复重点实验室,黄石435003;湖北理工学院矿区环境污染控制与修复重点实验室,黄石435003;湖北师范大学物理与电子科学学院,黄石 435002;湖北师范大学物理与电子科学学院,黄石 435002;湖北理工学院矿区环境污染控制与修复重点实验室,黄石435003【正文语种】中文【中图分类】TB342仿生超疏水表面具有优异的疏水性能,使得其拥有防水[1]、防覆冰[2]、防污染[3]、防腐蚀[4]等特性,在很多领域有着潜在的应用前景[5—9],如输电线路防冰雪,运输管道减阻,轮船增加浮力,金属防腐蚀,建筑外墙防水自清洁等。
制备超疏水表面的方法有很多,如电化学沉积、溶胶凝胶法、模板法等,但大多数方法制备出来的超疏水表面形貌都是各向同性的。
当从不同方向测量时,放置在表面上的液滴的接触角相同,液滴形状为球形,则该表面被称为润湿性各向同性[10, 11];而三相接触线的形状和液滴外观在材料化学异质性或异质的形貌图案的影响下变形,在这种情况下,表面被定义为各向异性[12, 13]。
一些特殊的应用场合需要具有各向异性的超疏水表面,如流体定向运输与减阻、类蝴蝶翅膀表面薄片堆叠结构[14]和水稻表面与边缘平行分布的乳突结构[15],使其具有各向异性润湿特性,可引导水滴定向流动。
要获得类似生物的各向异性特殊的浸润性,就必须对材料表面进行加工,获得各向异性的结构,再赋以低表面能物质;或在已经具有低表面能的材料表面进行微加工。
由于激光技术的发展,使用激光进行表面微加工推进了各向异性浸润性超疏水表面的发展。
如利用干涉光刻法[16]、真空紫外光刻[17]、深反应离子刻蚀结合光刻法[18]、飞秒激光[19]等方法来制备浸润性可控的各向异性的超疏水表面。
各向异性浸润性表面可设定特殊的结构使液滴定向、自发地移动,在定向水收集[20]、微流体器件[21]、定向减阻[22]等领域有着潜在的应用前景。
光刻技术是将掩膜版上的几何图形先转移到基片表面的光刻胶胶膜上,然后再通过从曝光到蚀刻等一系列处理技术把光刻胶膜上的图像复制到衬底基片表面,并形成永久性图形的工艺处理过程。
光刻技术广泛地应用于微电子电路的制作,技术成熟。
本文使用光刻技术将掩模板上的不同间距的条纹结构转移到锌基体上,然后用月桂酸修饰得到具有各向异性的超疏水表面。
探究了不同条纹间距对表面各向异性程度的影响及制备的各向异性超疏水表面的减阻性能。
1.1 实验试剂及设备KMP C7310紫外正性光刻胶和KMP PD238—II正胶显影液,均购于北京科华微电子材料有限公司。
锌片,99%,天津市凯通化学试剂有限公司。
月桂酸,化学纯,购于国药集团化学试剂有限公司。
无水乙醇,分析纯,天津市北联精细化学品开发有限公司;德国AUTOSOL打磨膏,去离子水。
韩国MYCRO公司MDA—400 m型紫外光刻机,波长365 nm,功率350 W,功率密度30 mW/cm2。
掩模板尺寸是12.6 cm×12.6 cm,有4个感光区域,感光区域为2 cm×2 cm。
KW—5型匀胶机,DHG—9123A电热恒温鼓风干燥箱,KQ—400KDE型高功率数控超声波清洗器。
表面浸润性的表征使用德国的Krüss DSA100接触角测量仪,表面形貌分析使用凤凰光学控股有限公司PH—PGPR型透射/透反射偏光显微镜,表面成分分析采用德国Bruker公司Tensor 27型傅里叶变换红外光谱仪。
1.2 锌基超疏水表面的制备将2 cm×2 cm锌片使用打磨膏打磨至镜面光滑程度,分别使用无水乙醇、去离子水超声清洗5 min后放置干燥箱中60 ℃干燥15 min。
将光刻胶匀涂到基体上(弱光照下进行),90 ℃下前烘60 s,光刻曝光20 s后120 ℃下中烘60 s,然后在显影液中浸泡15 s进行显影,120 ℃下后烘90 s后置于浓度为5%盐酸溶液中刻蚀60 s,之后使用无水乙醇超声清洗去除光刻胶,最后使用5wt%的月桂酸修饰1.5 h便得到具有条纹结构的超疏水表面。
制备流程如图1所示。
2.1 表面结构分析图2为不同间距的条纹结构显微镜图。
图2(a)~图2(d)条纹间距分别为5 μm、10 μm、15 μm、30 μm。
可以看出,通过紫外光刻技术结合湿化学刻蚀很好地将掩模板上的条纹结构转移到锌基体上,使得表面具备了各向异性结构,条纹有一定的深度,边缘也很清晰,图2中黑色小点为化学刻蚀时产生的微孔,为超疏水的形成提供了微观粗糙结构基础。
2.2 各向异性浸润性在各向异性微结构表面沿不同方向测量的接触角不同,通常测量垂直和平行于沟槽或条纹状方向的接触角以表征其表面的各向异性程度[23—26]。
将沿着平行于条纹结构方向(CA∥)和垂直于条纹结构方向(CA⊥)测量的接触角之差ΔCA定义为各向异性浸润性程度,定义为ΔCA=CA∥-CA⊥。
使用接触角测量仪测得不同条纹间距下沿着垂直于条纹结构方向和平行于条纹结构方向测量的接触角如图3所示。
测量取4 μL纯净水滴,每个样品测量5次取平均值。
平行于条纹结构方向测量5 μm、10 μm、15 μm、30 μm的样品接触角分别为156.26°、154.54°、153.38°、150.26°。
垂直于条纹结构方向测量得样品接触角分别为156.26°、149.04°、145.39°、140.33°。
随着条纹间距的增加,CA⊥和CA∥都有所下降,但各向异性浸润性程度ΔCA随之增强,如图4所示,当间距d=5 μm时各向异性浸润性ΔCA=0。
由于条纹间距增大,表面微观粗糙度降低,所以接触角随之减小。