聚合物微纳阵列的制备及性能研究

• 作 者: 李佳波
• 机 构: 南京航空航天大学
• 出 处: 南京航空航天大学
• 发表日期: 2011年期
• 关键词: 微纳阵列 电化学刻蚀 多孔硅 多孔氧化铝 等离子刻蚀 黏附性能 表面疏水性能

为制备具有优良粘附性能和自洁净功能的仿壁虎聚合物微纳阵列结构，本文在结合壁虎脚掌刚毛的黏附性能与荷叶表面疏水性能的研究基础上，设计了用微机械加工、Ar等离子深硅刻蚀、电化学刻蚀多孔硅和阳极氧化多孔氧化铝等四种阵列结构，并分别浇注了具有微、纳米级的聚氨酯、硅橡胶基聚合物微纳阵列结构，并研究了它们的粘附、自洁净性能。本文主要研究内容如下：　　
1、合成了聚四氢呋喃醚和二异氰酸酯交联的聚氨酯(PU)预聚体，并利用该预聚体与硅橡胶(PDMS)进行共聚。得聚氨酯-硅橡胶共聚体。全反射衰减红外光谱监控了全部聚合过程。同时，也筛选了几种商业硅橡胶和聚氨酯作为制备微纳阵列结构的聚合物。对上述聚合物进行了接触角、粘附性能及其他机械性能测试研究，从中筛选适合浇铸微纳阵列结构的聚合物预聚体。　　
2、采用有机腐蚀剂电化学刻蚀对(100)晶相单晶硅制备了微纳多孔硅(PSi)模板，并通过扫描电子显微镜(SEM)观测，表明电化学刻蚀得到了直径1.2μm的直筒型多孔硅；调整电解时间及电流密度，得到不同深度及孔洞直径的多孔硅；且利用制备出的多孔硅阵列结构模板结合高分子聚合物材料真空浇铸出高密度的聚合物仿生微纳阵列结构；利用UMT TESTER及水接触角仪测试了该聚合物微纳阵列结构的粘附性能和水接触角。　　
3、通过电化学阳极氧化方法制备了多孔纳米氧化铝(AAO)模板，并用扫描电子显微镜对试样进行了表征，得到了直径500nm的多孔氧化铝，且利用制备出的多孔纳米氧化铝模板结合真空浇铸方式制备高密度的仿生聚合物微纳阵列结构；利用UMT～TESTER及水接触角仪测试了该阵列结构的粘附性能和水接触角。　　
4、利用微机械加工浇注了微米级人工刚毛阵列，作为仿生刚毛的一级结构；利用等离子刻蚀深硅模板，浇铸了精细微米级人工刚毛阵列，作为人工刚毛的二级结构；利用真空分步浇注法制备了具有二级分支结构的人工刚毛阵列，并利用UMT TESTER测试了其粘附性能。