一种基于磁力作用的可逆转换微结构及其制备方法

1.本发明涉及柔性微结构表面技术领域，尤其是涉及一种基于磁力作用的可逆转换微结构及其制备方法。背景技术：2.近年来，对具有微纳米尺寸结构的超疏水/超亲水表面的研究逐步进入学者们的视野中，其表面的微纳米结构有效减少了固-液接触面积，从而有效阻止了液滴在固体表面的扩散，使得表面表现出疏水性能；或是在固体表面喷涂一层其他物质，提高固体表面的表面能，使表面张力增加，从而使表面表现出亲水性能。随着研究的不断深入，越来越多的具有超疏水或超亲水性能的表面在生产生活中有更广泛的应用，包括表面自清洁、防水、油水分离、超痕量分子检测、液滴操控、微流控、浮力增强等。3.随着科学技术的发展，具有单一性质的润湿性表面已很难满足科学发展的需求，出于经济性以及功能性的探究，在同一结构制出两种及以上润湿性能的表面鲜有报道，此类表面通常通过外部刺激使表面润湿性发生可逆转换。目前，驱动表面转换的力有利用光能、温度、ph、物理拉力等，但这些外部刺激的过程较为缓慢，而且存在耗能大，制作不易，安全性的问题，故应用不广泛。此外，这些具有动态可控的微结构其表面制作涉及精密制造技术、激光加工技术、化学蚀刻技术等，需考虑成本安全问题。因此，如何实现快速可逆实现微结构表面转换从而表现不同润湿性能的同时，保证成本低、制作简便可靠以及适用性问题，是目前表面转换方面的挑战。4.鉴于此，特提出本发明。技术实现要素：5.本发明的目的在于提供一种基于磁力作用的可逆转换微结构及其制备方法，该可逆转换微结构具有可靠的润湿性能转换能力，转换表面润湿性能的过程仅用磁铁驱动即可实现，表现出磁力驱动转换的瞬时响应能力和远程控制能力，安全可靠性高。6.本发明提供一种基于磁力作用的可逆转换微结构，包括微平板和多个间隔设置在微平板上的微立板，多个微立板在第一磁场作用下能够向微平板的一侧弯曲形成第一连续表面，多个微立板在第二磁场作用下能够向微平板的另一侧弯曲形成不同于第一连续表面的第二连续表面。7.在一实施方式中，第一连续表面为疏水表面，第二连续表面为亲水表面；更具体地，疏水表面为具有二氧化硅纳米颗粒的超疏水表面；亲水表面为具有羰基颗粒的超亲水表面。8.在另一实施方式中，第一连续表面为第一颜色表面，第二连续表面第二颜色表面。9.进一步地，在微平板和微立板上分布有规则排列的磁性颗粒。10.进一步地，微平板和多个微立板是通过含有羰基铁粉和pdms的混合溶液浇铸成一体式结构。11.本发明还提供上述任一所述的可逆转换微结构的制备方法，包括如下步骤：12.s1：制作微结构模具；13.s2：将含有羰基铁粉和pdms的混合溶液浇铸到微结构模具中，经脱气、磁化、热固化、脱模，制得具有微平板和多个微立板的微结构；14.s3：在第一磁场作用下使多个微立板向微平板的一侧弯曲形成连续表面并进行第一修饰，获得第一连续表面；15.s4：在第二磁场作用下使多个微立板向微平板的另一侧弯曲形成连续表面并进行第二修饰，获得第二连续表面。16.步骤s1包括：利用飞秒激光快速写入方式在形状记忆聚苯乙烯聚合物板上形成了与多个微立板相适应的矩形孔，制得微结构模具。17.步骤s2中，磁化包括：将方形钕铁硼永磁体置于脱气后的微结构模具下方(放置时间例如3-8s)以使羰基铁颗粒组装成链状结构；混合溶液中羰基铁粉的质量含量为20-30％；羰基铁粉的粒径为3-5μm；热固化的温度为95-105℃，时间为0.4-0.6h。脱模后还包括对微结构进行清洗；清洗可以包括：先在去离子水中处理8-12min，然后在乙醇中再处理8-12min。18.步骤s3中，第一修饰为疏水修饰，包括：使用含有二氧化硅纳米颗粒的超疏水喷雾喷涂连续表面。19.步骤s4中，第二修饰为亲水修饰，包括：采用飞秒激光对连续表面进行处理以暴露亲水羰基颗粒。20.本发明的实施，至少具有以下优势：21.1、本发明的基于磁力作用的可逆转换微结构具有可靠的润湿性转换能力，表现出磁力驱动转换的瞬时响应能力和远程控制能力，具有安全可靠性，转换表面润湿性的过程仅用磁铁驱动即可实现；22.2、本发明的可逆转换微结构的制备方法工艺简单，只需简易的制备步骤、较便宜的器材、较环保的材料即可完成制备，避免了高昂的设备、模板以及耗材，大大降低了制造成本；23.3、本发明的可逆转换微结构可以制造一种新型磁响应的水滴开关，基于该开关可以选择性的使液滴向下滚动(磁场驱动表面使表面呈现超疏水状态，附着力小，液滴在有倾角的作用下很容易向下滚动)，或者拦截液滴(磁场驱动表面呈现超亲水状态，液滴流过时附着在亲水表面上不会继续往下滑动，起到拦截作用)，表现出良好的顺流与阻流性能(图4)；24.4、本发明的可逆转换微结构还可应用于可控的动态颜色转换，通过在不同表面修饰不同颜色的材料，再通过磁力转换表面，实现在不同环境下实时的动态伪装(图5)。附图说明25.为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。26.图1为本发明一实施方式的微结构模具的制作工艺流程图；27.图2为本发明一实施方式的磁化过程图；28.图3为本发明一实施方式的形成连续表面的工艺过程图；29.图4为本发明一实施方式的可逆转换微结构的结构示意图；其中：(a)为疏水表面，(b)为亲水表面；30.图5为本发明另一实施方式的可逆转换微结构的结构示意图；其中：(a)为第一颜色表面，(b)为第二颜色表面。31.附图标记说明：32.1：微结构模具；2：混合溶液；3：微结构；4：羰基铁颗粒；5：微平板；6：微立板；7：磁铁；8：连续表面；9：疏水表面；10：亲水表面；11：液滴；12：第一颜色表面；13：第二颜色表面。具体实施方式33.应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本技术提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本技术所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。34.需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本技术的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。35.下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。36.实施例137.结合图1至图4所示，本实施例的基于磁力作用的可逆转换微结构，包括微平板5和多个间隔设置在微平板5上的微立板6，多个微立板6在第一磁场作用下能够向微平板5的一侧弯曲形成疏水表面9，多个微立板6在第二磁场作用下能够向微平板5的另一侧弯曲形成亲水表面10。38.本实施例的基于磁力作用的可逆转换微结构，制备方法如下：39.步骤1：利用飞秒激光快速写入技术，在形状记忆聚苯乙烯聚合物板上形成了一系列规则的大高宽比的矩形孔，制得微结构模具1。40.步骤2：用双面胶粘在聚苯乙烯板的一侧，然后将羰基铁颗粒4(3-5μm)以25％重量比与液体pdms混合得到混合溶液2，然后浇铸到上述制备的微结构模具1中并脱气。41.步骤3：将方形钕铁硼永磁体(40×40×20mm，0.34t)放置在制好的样品下方约5s，以将羰基铁颗粒4组装成链状结构(如图2)。42.步骤4：在100℃热固化0.5h后，仔细剥离双面胶带进行脱模，得到模具版刻后的微结构3，其包括微平板5(又称为矩形基板)和多个间隔设置在微平板5上的微立板6(又称为柔性矩形微结构板)。随后，先在去离子水中处理10min，然后在乙醇中再处理10min，得到待表面处理的微结构3；接下来对表面进行润湿性修饰。43.步骤5：在磁铁7形成的强磁场梯度下，使柔性矩形微结构板完全弯曲，形成端到端的连续表面8(如图3)，在此基础上使用含有二氧化硅纳米颗粒的超疏水喷雾喷涂连续表面8，获得具有超疏水性能的疏水表面9。44.步骤5：通过移动磁场，使矩形基板朝另一方向完全弯曲，然后通过飞秒激光去除另一表面材料以暴露亲水性的羰基铁颗粒4从而使表面变得亲水，获得具有超亲水性能的亲水表面10，即制得在同一微结构的两个不同表面具有不同润湿性能的微纳结构(如图4，即为可逆转换微结构)。45.本实施例的可逆转换微结构可用于制造一种新型磁响应的水滴开关，基于该开关可以选择性的使液滴11向下滚动(磁场驱动表面使表面呈现超疏水状态，附着力小，液滴11在有倾角的作用下很容易向下滚动)，或者拦截液滴11(磁场驱动表面呈现超亲水状态，液滴11流过时附着在亲水表面上不会继续往下滑动，起到拦截作用)，从而表现出良好的顺流与阻流性能(如图4)。46.实施例247.结合图1至图3、图5所示，本实施例的基于磁力作用的可逆转换微结构，包括微平板5和多个间隔设置在微平板5上的微立板6，多个微立板6在第一磁场作用下能够向微平板5的一侧弯曲形成第一颜色表面12，多个微立板6在第二磁场作用下能够向微平板5的另一侧弯曲形成第二颜色表面13。48.本实施例的基于磁力作用的可逆转换微结构，制备方法如下：49.步骤1：利用飞秒激光快速写入技术，在形状记忆聚苯乙烯聚合物板上形成了一系列规则的大高宽比的矩形孔，制得微结构模具1。50.步骤2：用双面胶粘在聚苯乙烯板的一侧，然后将羰基铁颗粒4(3-5μm)以25％重量比与液体pdms混合得到混合溶液2，然后浇铸到上述制备的微结构模具1中并脱气。51.步骤3：将方形钕铁硼永磁体(40×40×20mm，0.34t)放置在制好的样品下方约5s，以将羰基铁颗粒4组装成链状结构(如图2)。52.步骤4：在100℃热固化0.5h后，仔细剥离双面胶带进行脱模，得到模具版刻后的微结构3，其包括微平板5(又称为矩形基板)和多个间隔设置在微平板5上的微立板6(又称为柔性矩形微结构板)。随后，先在去离子水中处理10min，然后在乙醇中再处理10min，得到待表面处理的微结构3；接下来对表面进行颜色修饰。53.步骤5：在磁铁7形成的强磁场梯度下，使柔性矩形微结构板完全弯曲，形成端到端的连续表面8(如图3)，在此基础上使用含有第一颜料的喷雾喷涂连续表面8，获得具有第一颜色的第一颜色表面12。54.步骤5：通过移动磁场，使矩形基板朝另一方向完全弯曲，然后使用含有第二颜料的喷雾喷涂连续表面8，获得具有第二颜色的第二颜色表面13，即制得在同一微结构的两个不同表面具有不同颜色的微纳结构(如图5，即为可逆转换微结构)。55.本实施例的可逆转换微结构可应用于可控的动态颜色转换，通过在不同表面修饰不同颜色的材料，再通过磁力转换表面，实现在不同环境下实时的动态伪装(如图5)。56.最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。