基于表面起皺的平面與球面圖案化.pdf

1、眾所周知，材料表面形貌對材料的性能起著重要作用。近年來，在材料表面形成規(guī)則圖案的研究引起了廣泛關(guān)注。在眾多的表面圖案化方法中，利用表面起皺在材料表面形成有序的皺紋形貌作為一種新穎且簡便易行的表面圖案化方法，已逐漸成為國內(nèi)外學(xué)者的研究熱點。本論文正是基于這種表面起皺機制，探索了在材料表面實現(xiàn)規(guī)則形貌的制備。根據(jù)材料的幾何形狀，本論文主要分為兩個部分——平面起皺與球面起皺。
　　在平面起皺的研究中，本文首先以聚二甲基硅氧烷（PDMS）

2、彈性體薄膜為基底材料，通過預(yù)拉伸與氧等離子體處理（OP）相結(jié)合的方式制備了周期可控，形貌規(guī)則且形貌相對穩(wěn)定的皺紋模板。然后，通過旋涂制模的方式，在另一PDMS薄膜表面制備了厚度可控的聚苯乙烯（PS）薄膜。利用上述皺紋模板通過加熱方式誘導(dǎo)表面起皺。根據(jù)模板周期以及PS膜厚度相對大小，獲得了截面形貌為M型與A型柵格狀皺紋圖案。最后，將不同模板進行組合對皺紋膜進行兩次誘導(dǎo)，分別制備出了A-A，A-M，M-M型多級皺紋圖案。此處，皺紋模板與多級

3、皺紋的制備均基于表面起皺機理得到，未涉及刻蝕相關(guān)技術(shù)的使用。
　　本文還研究了具有梯度周期的皺紋形貌的制備。眾所周知，紫外線能量隨傳播距離增加而衰減。當PDMS膜進行紫外臭氧（UVO）處理時，通過加入“積木”，人為地使膜表面與紫外光源距離呈梯度變化。當膜表面與紫外光源距離越遠，處理效果越差，最終表面形成的皺紋周期越?。环粗?，光源與膜表面距離越近，周期越大。文中系統(tǒng)考察了處理方式，處理時間等因素對皺紋周期的影響。并通過改變“積木”裝

4、入方向，獲得了沿皺紋方向皺紋周期由大到小呈梯度變化的錐形皺紋，以及沿皺紋方向皺紋周期先減小后增大的蝶形皺紋。
　　在球面起皺的研究中，本文分別構(gòu)建了三個實驗體系研究球面起皺：Pt/PDMS復(fù)合微球，Pt/PS復(fù)合微球，以及SiOx/PDMS復(fù)合微球。
　　對于Pt/PDMS體系與Pt/PS體系，首先，通過分散聚合，分別制備了表面光滑的PDMS微球以及不同粒徑的單分散PS微球。通過離子濺射與溶劑誘導(dǎo)，分別在Pt/PDMS與Pt

5、/PS復(fù)合微球表面誘導(dǎo)起皺。通過結(jié)合文獻中的理論分析，考察了微球粒徑，表面殼層厚度等因素對皺紋形貌的影響。此外，通過引入OP預(yù)處理的方法，分別制備了具有PDMS-SiO x-Pt的三層核殼結(jié)構(gòu)的皺紋微球與帶有納米點狀凸起的PS多級皺紋微球。該研究將加深對球面起皺行為的認識。
　　在SiOx/PDMS復(fù)合微球體系中，基于表面氧化，PDMS微球在硫酸，硝酸和水的混酸氧中發(fā)生表面氧化形成SiO x層并形成點狀與迷宮狀皺紋。文中分別考察了