利用二次流动过程中粒子的迁移与不相容流动界面的分离制备表面多级结构

发布时间:2020年03月26日

由于表面多级微纳结构在功能化材料(如传感材料,超疏水材料,光电材料等)中起着至关重要的作用,因此越来越受到人们的关注。然后,目前适用于制备表面多级微纳结构的方法一般包括模板法、光刻法、化学刻蚀法、化学气相沉积等,存在价格昂贵、成型周期长、环境不友好等问题,限制了其大规模应用。为此,我们提出利用熔体二次流动场下无机粒子在多相聚合物熔体中的迁移与聚集制备表面多级微纳结构的思路。本工作中,采用多熔体多次注射成型方法,使聚乙烯(PE/二氧化硅微球(SiO2)复合材料二次熔体穿透乙烯-α-辛烯嵌段共聚物(OBC)一次熔体。由于PE/SiO2熔体和OBC熔体之间的粘度差异,导致PE/SiO2熔体在穿透OBC熔体时发生流动不稳定行为,形成了不规则流动界面。根据悬浮平衡模型(SB-model)中的“剪切诱导迁移(shear induced migration)”理论并利用M3IM中呈双峰分布的剪切流场,使二氧化硅微球从PE/SiO2二次熔体中的高剪切速率区域向低剪切速率区域迁移,并最终聚集在PE/SiO2二次熔体和OBC一次熔体的界面上。试样冷却保压结束后,通过进一步分离PE/SiO2芯层和OBC皮层,可以在剥离下的OBC皮层表面上构筑出同时带有不规则大尺寸凸起(直径约500 μm)和小尺寸凹坑(直径约60 μm)的“莲蓬状”表面多级结构。通过调控PE熔体中SiO2的含量,还能够灵活调控“莲蓬状”表面多级结构的凹坑数量和表面粗糙程度。本工作为采用传统聚合物成型方法快速大规模制备表面多级微纳结构提供了切实可行的思路,有望在多种功能化材料的制备中获得实际应用。

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Yanhao Huang, Libo Chen, Shaodi Zheng, Xiaotian Wu, Lei Liu, Kai Ke, Zhengying Liu, Wei Yang, Mingbo Yang. A New Insight into Multi-tier Structure Tailoring:  Synchronous Utilization of Particle Migration and Incompatible Interface Separation under Shear Flow. Polymer, 录用时间:2020319日,全文链接:http://DOI: 10.1016/j.polymer.2020.122384.