学海网

基于仿生微结构的疏水/疏油表面的研究与制备，硕士学位论文，说明书共65页。
【摘要】 从某种意义上来说人类社会的进步是以材料的发展为前提的，性能优良的材料促进了社会的进步，社会的进步又迫切需要新型材料的出现。自然界中数以万计的生物经过近四十五亿年的进化,已经完成了对生活环境的完全适应，许多生物材料都拥有着人工材料无法比拟的优良特性，向自然学习一直都是新型材料发展、推动人类社会进步的不变主题。自从上世纪70年代荷叶的超疏水自清洁效应被发现以来，仿生超疏水和超疏油便成为一个有巨大实际应用潜力的研究领域，也作为一个仿生学的生动例子在自然和技术之间搭起了一道桥梁。自然界中蝴蝶翅膀和孔雀羽毛不仅具有超疏水性质，还具有绚丽的结构色，这一改传统超疏水材料功能单一的缺点，在建筑物外墙装饰等领域都有着广阔的应用前景。通过查阅文献和实际观察，我们发现蝴蝶翅膀表面有许多周期性排列的鳞片结构，这正是其超疏水和结构色的原因所在。经过分析和计算，我们提出采用纳秒激光多光束干涉制备微柱阵列结构的方法，实现了快速大面积制备同时具有超疏水和结构色的仿生表面。许多昆虫都具有低反光率的复眼结构，研究发现每个复眼表面都是由许许多多规则排列的微米级六角突起构成，低反光率正是由于这些规则排列的突起对光的散射造成的，此外由于小突起的存在形成了渐变折射率，进而增加了光的透过率。受此现象的启发，我们提出采用亚微米尺度的微柱阵列结构来达到超疏水自清洁以及增透减反效果。采用两次激光双光束干涉和软转印相结合，制备出具有亚微米微柱阵列结构的透明PDMS柔性薄膜，这种薄膜有良好的超疏水自清洁性能，由于梯变折射率的存在，将其应用于底发光OLED器件中显著的提高了器件效率。这一成果为照明和显示等领域性能的提高提供了新的思路。鱼类鳞片具有特殊的浸润性，气相中对水和油都表现出超亲的特性，但在水相中却表现出疏油性，此外鱼鳞表面存在许多微结构突起，这使得鱼鳞具有对油的自清洁功能。因此我们提出采用多级复合结构增大粗糙度和氧等离子体处理PDMS表面改性两种手段相结合的方法，制备出了具有极好疏油性和油污自清洁能力的表面，这种性能不是由化学物质处理等化学手段达到的，因此具有良好的环境友好性和生物兼容性，在工业生产和日常生活中都有良好的应用前景。此外，作为一个简单的应用示例，将这种超疏油的自清洁微结构应用在微流体通道中，制备出具有良好抗油性的微流体通道。综上，以自然界中几种具有特殊浸润性和功能的生物表面为原型，通过设计和计算，采用简单且易操作的加工手段，实现了几种具有不同功能的仿生表面的制备，测试表面所制备的仿生表面性能优越、功能各异，具有一定的实用价值，同时也为仿生超疏水疏油的研究和应用提供了新的思路。
【关键词】 仿生； 超疏水； 超疏油； 微结构；