基于硅烷涂层纳米多孔结构的光诱导图案化与接枝制备润滑表面

本研究介绍了一种基于数字光处理（DLP）的技术，用于制备具有空间图案的SLIPS，以解决实现选择性可调控性的局限性问题。关键实验挑战包括在复杂几何结构上制备套管，现有方法耗时长、步骤多，且缺乏高分辨率或选择性可变性。首先，将光固化聚氨酯丙烯酸酯树脂与PEG 200按50%的质量比混合，使用磁力搅拌器以每分钟500转的速度搅拌混合物5分钟。

将混合溶液以悬滴形式滴加到聚对苯二甲酸乙二醇酯薄膜上。用氟化乙烯丙烯薄膜覆盖液滴。然后使用辊-板系统施加均匀压力，以确保溶液均匀铺展。

使用发光二极管紫外固化系统，将聚氨酯丙烯酸酯树脂暴露于365纳米的紫外光下。聚合完成后，从表面去除氟化乙烯丙烯薄膜。随后将固化后的样品浸入去离子水中1小时，以萃取未反应的PEG 200。

将样品置于70摄氏度的烘箱中干燥一小时，以去除残留水分并完成纳米多孔表面的制备。进行185和254纳米波长的紫外臭氧处理，以引入羟基作为自组装单分子层形成的预处理步骤。接着，将加热板放置于充满氮气的手套箱内。

将一个洁净的烧杯置于加热板上，并在烧杯底部滴加一毫升 OTS 溶液形成静置液滴。将 PET 薄膜样品固定在载玻片上。将载玻片正面朝下放置于烧杯上方，以启动 OTS 的气相沉积过程。

将装置加热至 120 摄氏度，持续 40 分钟。现在将样品从手套箱中取出。使用无尘布清洁烧杯，以去除任何残留的 OTS。

对于光诱导接枝，需在OTS涂层表面进行185和254纳米的紫外臭氧处理。随后通过静滴法在表面涂覆每平方厘米20微升的10厘泊硅油。将高强度紫外灯置于样品表面上方15厘米处，照射样品15分钟。

然后将样品倾斜至30度角，并保持该位置5分钟，使多余的硅油从表面流尽。为制备具有图案化滑移结构的表面，首先使用CAD软件设计所需的形状，并以立体光刻文件格式导出。将文件导入切片软件，生成用于数字光处理的二维投影图像。

将文件传输至三维打印机。将聚合物涂层薄膜放置在数字光处理打印机的窗口上。使用数字投影图案，将薄膜暴露于365纳米紫外光下，光照剂量为180毫焦耳/平方厘米，以选择性固化树脂。

将暴露的样品浸入去离子水中一小时以萃取PEG 200，随后在70摄氏度下干燥一小时以去除残留水分并完成纳米多孔结构的形成。进行OTS处理及光诱导接枝反应，完成图案化滑润表面的制备。

通过聚合诱导相分离法制备的纳米多孔表面，其主要孔径分布为60至100纳米。在多孔表面上测得的静态水接触角为84.4度。经硅烷化处理后，表面呈现疏水性，但二次紫外臭氧处理暂时降低了接触角。

PDMS 刷状层的形成逆转了这一降低，恢复了疏水性。通过接触角、滑动角、滑动速度和接触角滞后测量，验证了四种代表性液体——去离子水、辛烷、蜂蜜和人工人唾液的滑移行为。PEG 和 PUA 树脂的打印线宽测量结果在最小特征尺寸为 50 微米时表现出高保真度，而在更宽的线宽下偏差逐渐增大。

采用数字光处理技术制备了具有图形和字母设计的图案化纳米多孔表面，包括迷宫、齿轮和 JoVE 标志。经过所有表面处理并注入硅油后，由于折射率差异减小，这些图案在光学上变得透明。透射率测量结果显示，处理后的多孔表面透明度超过90%。

当含有墨水的水溶液被施加时，液滴选择性地迁移到未经处理的亲水区域，避开光滑区域，从而形成明确的液态图案。我们发现，当通过紫外光引发接枝（UVU接枝）制备纳米多孔表面时，这些表面会变得非常光滑。其接触角滞后极小，因此可以在表面上创建选择性的液滴图案。

我们的方法采用DLP 3D打印技术，因此可以在柔性基底上通过单步、快速的流程实现高分辨率的表面图案化。与传统的多步工艺相比，该方法极为简单且高效。

由于我们可以控制表面的可润湿或滑润区域，因此能够引导液滴在表面上的移动和停留方式。这有助于未来在定向液滴输运、微流控装置、自清洁涂层以及集水表面等方面的研究工作。