本發(fā)明涉及材料領(lǐng)域，尤其涉及一種具有多孔結(jié)構(gòu)的可拉伸彈性體的制備方法。

背景技術(shù)：

隨著科技水平和生活水平的不斷提高，人體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)、呼吸狀況、體溫和血壓等各項(xiàng)身體和生理指標(biāo)受到更多關(guān)注?；谶@樣的需求和人體各部位對(duì)可拉伸特性的依賴，可拉伸材料成為檢測(cè)人體指標(biāo)的重要材料然而，人體關(guān)節(jié)部位極大應(yīng)變的特點(diǎn)對(duì)材料的可拉伸性提出了更大的挑戰(zhàn)。同時(shí)，在應(yīng)變傳感領(lǐng)域，高應(yīng)變拉伸的監(jiān)測(cè)也給襯底材料的可拉伸性能提出更高要求。由于具有很好的可拉伸性與生物兼容性，硅橡膠等彈性體被廣泛用作電子皮膚的襯底材料，但其拉伸性能受到材料固有特性的限制。

為了突破材料的固有性能對(duì)拉伸能力的限制，Park J.等提出了一種通過光刻法引入立體結(jié)構(gòu)，分散應(yīng)力的策略，從而達(dá)到超可拉伸的技術(shù)范圍。不過由于光刻成本，加工面積和光刻深度的限制，該方法很難用于低成本、大面積的超可拉伸材料的制備中?；谕瑯拥乃悸?，Duan S.等也提出了利用3D打印技術(shù)制備立體彈性體的方案,但3D打印的尺寸(約200微米)也極大限制了彈性體的厚度。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的實(shí)施例提供了一種具有多孔結(jié)構(gòu)的可拉伸彈性體的制備方法，制備方法具有極高的可控性。

所述具有多孔結(jié)構(gòu)的彈性體的制備方法包括：

步驟一，獲取襯底；

步驟二，在所述襯底上制備預(yù)定厚度的薄膜，作為犧牲層；

步驟三，在所述犧牲層上制備微球陣列；

步驟四，將液態(tài)材料加入到所述微球陣列的間隙中，利用熱固化的方法，把所述液態(tài)材料固化成彈性體；

步驟五，通過化學(xué)方法從所述彈性體中去除所述微球陣列，并使所述彈性體與所述襯底分離，生成具有多孔結(jié)構(gòu)的彈性體。

所述步驟三之后，所述步驟四之前，所述方法還包括：利用刻蝕的方法，去除局部區(qū)域的所述PS微球陣列；

所述步驟四具體為：將液態(tài)材料加入到去除局部區(qū)域的所述PS微球陣列的間隙中，再利用熱固化的方法，把所述液態(tài)材料固化成彈性體。

所述步驟三具體為：利用預(yù)設(shè)沉降位置的方法，制備具有圖形的微球陣列；

所述步驟四具體為：將液態(tài)材料加入到所述具有圖形的微球陣列的間隙中，再利用熱固化的方法，把所述液態(tài)材料固化成彈性體。

所述微球陣列中的微球?yàn)橛删酆衔锝M成。

所述微球陣列中的微球?yàn)橛删郾揭蚁㏄S、或殼聚糖、或甲基丙烯酸環(huán)氧丙脂組成。

所述液態(tài)材料由具有從液態(tài)轉(zhuǎn)變到固態(tài)能力，且固態(tài)時(shí)具有可拉伸性能的聚合物材料組成。

所述聚合物材料為聚二甲基硅氧烷PDMS、Solaris硅橡膠。

所述襯底為由無機(jī)氧化物組成的襯底?？蛇x的，所述襯底為玻璃襯底。

所述薄膜為由由高分子有機(jī)物材料組成。可選的，所述薄膜為聚苯乙烯薄膜。

由上述本發(fā)明的實(shí)施例提供的技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明實(shí)施例中，多孔彈性體的孔隙大小可以通過微球的尺寸進(jìn)行調(diào)控；多孔彈性體的面積可以通過微球排布的面積進(jìn)行調(diào)控；多孔彈性體的厚度可以通過微球排布的厚度和所加PDMS的量進(jìn)行調(diào)控。因此，多孔彈性體具有孔徑、厚度、面積等多尺度可控的特性，本發(fā)明所提供的制備方法具有極高的可控性。

本發(fā)明附加的方面和優(yōu)點(diǎn)將在下面的描述中部分給出，這些將從下面的描述中變得明顯，或通過本發(fā)明的實(shí)踐了解到。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)性的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發(fā)明的具有多孔結(jié)構(gòu)的彈性體的制備方法的示意圖；

圖2為本發(fā)明的自組裝的微球陣列的側(cè)視圖；

圖3為本發(fā)明的微球陣列嵌入在彈性體中的側(cè)視圖；

圖4為本發(fā)明的多孔可拉伸彈性體的側(cè)視圖；

圖5A和圖5B分別為自組裝微球陣列和多孔彈性體表面的掃描電子顯微鏡的照片；

圖6為多孔彈性體圖形化設(shè)計(jì)的俯視圖。

具體實(shí)施方式

下面詳細(xì)描述本發(fā)明的實(shí)施方式，所述實(shí)施方式的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標(biāo)號(hào)表示相同或類似的元件或具有相同或類似功 能的元件。下面通過參考附圖描述的實(shí)施方式是示例性的，僅用于解釋本發(fā)明，而不能解釋為對(duì)本發(fā)明的限制。

為便于對(duì)本發(fā)明實(shí)施例的理解，下面將結(jié)合附圖以幾個(gè)具體實(shí)施例為例做進(jìn)一步的解釋說明，且各個(gè)實(shí)施例并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明實(shí)施例的限定。

以下結(jié)合圖1-圖6進(jìn)行描述。

如圖1所示，為本發(fā)明所述的具有多孔結(jié)構(gòu)的彈性體的制備方法，所述方法包括：

步驟11，獲取襯底3；

步驟12，在所述襯底3上制備預(yù)定厚度的薄膜，作為犧牲層2；

步驟13，在所述犧牲層2上制備微球陣列1；

步驟14，將液態(tài)材料加入到所述微球陣列1的間隙中，利用熱固化的方法，把所述液態(tài)材料固化成彈性體4；

步驟15，通過化學(xué)方法從所述彈性體4中去除所述微球陣列1，并使所述彈性體4與所述襯底3分離，生成具有多孔結(jié)構(gòu)的彈性體4。

可選的，所述步驟13之后，所述步驟14之前，所述方法還包括：利用刻蝕的方法，去除局部區(qū)域的所述PS微球陣列；

相應(yīng)的，所述步驟4具體為：將液態(tài)材料加入到去除局部區(qū)域的所述PS微球陣列的間隙中，再利用熱固化的方法，把所述液態(tài)材料固化成彈性體。

可選的，所述步驟13具體為：利用預(yù)設(shè)沉降位置的方法，制備具有圖形的微球陣列；

相應(yīng)的，所述步驟14具體為：將液態(tài)材料加入到所述具有圖形的微球陣列的間隙中，再利用熱固化的方法，把所述液態(tài)材料固化成彈性體。

所述微球陣列中的微球?yàn)闉橛删酆衔锝M成。例如，由聚苯乙烯PS、或殼 聚糖、或甲基丙烯酸環(huán)氧丙脂組成。

所述液態(tài)材料由具有從液態(tài)轉(zhuǎn)變到固態(tài)能力，且固態(tài)時(shí)具有可拉伸性能的聚合物材料組成。

所述聚合物材料為聚二甲基硅氧烷PDMS、Solaris硅橡膠。

所述襯底為由無機(jī)氧化物組成的襯底。例如，所述襯底為玻璃襯底。

所述薄膜為由由高分子有機(jī)物材料組成。例如，所述薄膜為聚苯乙烯薄膜材料組成。

本發(fā)明具有以下有益效果：

(1)多孔彈性體的孔隙大小可以通過微球的尺寸進(jìn)行調(diào)控；多孔彈性體的面積可以通過微球排布的面積進(jìn)行調(diào)控；多孔彈性體的厚度可以通過微球排布的厚度和所加PDMS的量進(jìn)行調(diào)控。因此，多孔彈性體具有孔徑、厚度、面積等多尺度可控的特性，本發(fā)明所提供的制備方法具有極高的可控性。

(2)本發(fā)明中的立體結(jié)構(gòu)可以分散材料內(nèi)部應(yīng)力，提升塊體材料的拉伸能力，從而在本發(fā)明中實(shí)現(xiàn)超可拉伸的特性。

(3)本發(fā)明提出的犧牲層技術(shù)，使彈性體和襯底的分離變得易操作。

以下描述本發(fā)明的另一實(shí)施例。

一種具有多孔結(jié)構(gòu)的可拉伸彈性體的大面積制備方法，包括以下步驟：

步驟一，制備犧牲層及微球陣列。

其中，所述犧牲層是用來防止彈性體與襯底粘附，便于分離的犧牲材料。例如，在實(shí)施例中使用了聚苯乙烯薄膜，便于和聚苯乙烯微球同時(shí)溶解。

所述微球陣列是由微球通過物理方法自組裝而成的球體陣列。所述微球是通過化學(xué)或物理方法合成的、尺寸可調(diào)節(jié)的寫聚合物微球球體或類球體(尺寸可以在1nm至250μm范圍內(nèi)調(diào)節(jié))，材質(zhì)可以是：聚苯乙烯(PS)、 殼聚糖、甲基丙烯酸環(huán)氧丙脂等。所述自組裝法是指利用毛細(xì)作用力、分子作用力等原理使微球進(jìn)行自排列形成單層或多層陣列的方法，包括：固-液界面的自組裝、自然沉降法自組裝、提拉法自組裝等多種方法。由于自組裝工藝的進(jìn)步，通過該過程制備的微球陣列具有排布規(guī)則、面積可控的特點(diǎn)。所述的面積可控是指可以根據(jù)需要人為地增加或減小排布的面積，面積范圍在平方毫米到平方米的范圍內(nèi)變化。通過自組裝方法獲得的微球陣列通常情況下具有六方最密堆積的結(jié)構(gòu)，每個(gè)球體之間會(huì)有一定的孔隙，這些孔隙會(huì)在負(fù)壓中被有機(jī)物填充。

步驟二，注入彈性體。所述彈性體的注入是通過負(fù)壓法使未固化的液態(tài)有機(jī)物材料加入到微球陣列孔隙，而后進(jìn)行固化成為彈性體的過程。所述彈性體是具有從液態(tài)轉(zhuǎn)變到固態(tài)能力，且固態(tài)時(shí)具有可拉伸性能的聚合物材料，比如：聚二甲基硅氧烷(PDMS)，Solaris硅橡膠等。所述負(fù)壓法是指液態(tài)有機(jī)物覆蓋在微球陣列表面上，而后置入真空環(huán)境中(氣壓小于10Pa)。微球陣列中的氣體會(huì)由于壓力差逸散出來，液態(tài)有機(jī)物則反向進(jìn)入微球陣列的間隙中，從而形成有機(jī)物包裹微球陣列的立體結(jié)構(gòu)。

步驟三，去除犧牲微球陣列。所述的去除犧牲微球陣列是通過有機(jī)溶劑去除微球的過程。所述有機(jī)溶劑是可以選擇性去除微球的有機(jī)溶劑，比如：丙酮，乙醚等。液態(tài)有機(jī)物固化后，去除微球后的彈性體具有規(guī)則的空間立體結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)與微球陣列互補(bǔ)。

上述實(shí)施例中，可拉伸彈性體的厚度包括兩個(gè)部分：第一，具有立體結(jié)構(gòu)部分厚度；第二，不具有立體結(jié)構(gòu)部分厚度。第一部分可以通過微球陣列自組裝的層數(shù)進(jìn)行控制，一般意義上，該部分厚度最小可以為1μm。第二部分可以通過旋涂法或稱量法來控制，通常可以在3μm以上可控。兩部分厚度的相對(duì)比例也可以通過控制，整個(gè)彈性體的厚度在4μm以上可控。

另外，可以通過圖形化的方法，在微球陣列上制備無微球區(qū)域，或通過 局部法在所需區(qū)域制備微球陣列，實(shí)現(xiàn)多孔結(jié)構(gòu)的圖形化及局域設(shè)計(jì)。

以下為本發(fā)明的另一實(shí)施例。

如圖2至4所示，表示了包括微球1、犧牲層2，襯底3與彈性體4組成制備多孔彈性體的過程。本實(shí)施例中，微球1可以為聚苯乙烯微球(3微米，圖5A)，犧牲層2可以為聚苯乙烯薄膜，襯底3可以為玻璃襯底，彈性體可以4為PDMS。

加工流程包括：

步驟一，如圖2所示，準(zhǔn)備特定大小的玻璃片3，在玻璃片3上制備特定厚度的PS薄膜2作為犧牲層和通過自然沉降法制備PS微球陣列3。圖1中作為示意，只畫了四層PS微球。實(shí)際情況下，微球?qū)訑?shù)可以通過改變所加微球分散液質(zhì)量或濃度的方法人為調(diào)控。

步驟二，如圖3所示，通過負(fù)壓法把液態(tài)PDMS(基液和交聯(lián)液是道康寧184的配方)加入到PS陣列間隙中，再利用熱固化的方法把PDMS固化成彈性體4。

步驟三，如圖4所示，通過化學(xué)方法去除PS球陣列，同時(shí)使PDMS彈性體與襯底分離。去除PS球陣列后，原本PS球所處位置成為氣態(tài)空腔(5)。由于該實(shí)例中犧牲層和微球陣列都是使用了聚苯乙烯材質(zhì)，因而可以通過有機(jī)溶劑(如：丙酮)一并去除。從而獲得了如圖4所示的多孔彈性體。

如圖5A和圖5B所示，依次為上述加工過程中的PS球陣列的表面結(jié)構(gòu)6和去除PS球后多孔PDMS的表面結(jié)構(gòu)7。

可選的，在注入液態(tài)PDMS之前，利用氧等離子體刻蝕等方法可以制備局部區(qū)域的PS陣列，也可以利用預(yù)設(shè)沉降位置的方法直接制備具有圖形的PS陣列，如圖6所示，可對(duì)最終PDMS表面的多孔結(jié)構(gòu)進(jìn)行圖形化設(shè)計(jì)，從而實(shí)現(xiàn)調(diào)控整塊彈性體拉伸性能的目的。

以上所述，僅為本發(fā)明較佳的具體實(shí)施方式，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不 局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)該以權(quán)利要求的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。