Structuration et greffage induits par la lumière pour des surfaces glissantes à base de structures nanoporeuses recouvertes de silane

Nos recherches introduisent une technique basée sur le DLP pour fabriquer des SLIPS de motifs spatiaux, répondant aux limites dans l’obtention d’un contrôle sélectif de la disponibilité. Les principaux défis expérimentaux incluent la fabrication de manchons sur des méthodes géométriques complexes, les méthodes existantes sont chronophages, en plusieurs étapes et manquent de grande résolution ou de variabilité sélective. Pour commencer, mélangez la résine acrylate de polyuréthane photocurable avec le PEG 200 à un rapport de poids de 50 %. À l’aide d’un agitateur magnétique, agitez le mélange à 500 tours par minute pendant cinq minutes.

Distribuez la solution mixte sous forme de gouttelettes sessiles sur un film de polyéthylène térephtalate. Couvrir les gouttelettes d’un film fluoré d’éthylène propylène. Et appliquer une pression uniforme à l’aide d’un système rouleau-plaque pour assurer une étalement uniforme.

Exposez la résine acrylate de polyuréthane à la lumière ultraviolette à 365 nanomètres à l’aide d’un système de durcissement ultraviolet à diode électroluminescente. Après polymérisation, retirez les films fluorés d’éthylène propylène de la surface. Immergez maintenant l’échantillon durci dans de l’eau déionisée pendant une heure pour extraire le PEG 200 non réactif.

Séchez l’échantillon au four à 70 degrés Celsius pendant une heure pour éliminer l’eau résiduelle et achever la fabrication de la surface nanoporeuse. Effectuer un traitement à l’ozone ultraviolet à 185 et 254 nanomètres pour introduire des groupes hydroxyle en pré-traitement pour la formation de monocouches auto-assemblées. Ensuite, placez une plaque chauffante dans une boîte à gants remplie d’azote.

Placez un bécher propre sur la plaque chauffante et versez un millilitre de solution OTS sous forme de gouttelette sessile au fond. Fixez les échantillons de film PET sur des lames en verre. Placez les lames face cachée sur le bécher pour initier le dépôt en phase vapeur de l’OTS.

Chauffez le montage à 120 degrés Celsius pendant 40 minutes. Maintenant, retirez les spécimens de la boîte à gants. Nettoyez le bécher avec une lingette sans peluches pour éliminer tout OTS résiduel.

Pour le greffage induit par la lumière, effectuer un traitement à l’ozone ultraviolet à 185 et 254 nanomètres sur la surface recouverte d’OTS. Appliquez maintenant 20 microlitres par centimètre carré d’huile de silicone 10 centistoke sur la surface par dépôt de gouttelettes sessiles. Irradiez l’échantillon pendant 15 minutes avec une lampe ultraviolette à haute intensité, placée à 15 centimètres au-dessus de la surface.

Ensuite, inclinez l’échantillon à un angle de 30 degrés et maintenez la position pendant cinq minutes pour permettre à l’excès d’huile de silicone de s’écouler de la surface. Pour fabriquer la structure glissante du motif, il faut d’abord concevoir les formes souhaitées à l’aide d’un logiciel de CAO et exporter sous forme de fichiers de lithographie stéréographique. Chargez les fichiers dans un logiciel de découpage et générez des images de projection bidimensionnelles pour un traitement numérique de la lumière.

Transférez les fichiers vers l’imprimante tridimensionnelle. Placez le film recouvert de polymère sur la fenêtre de l’imprimante de traitement de lumière numérique. Exposez le film à une lumière ultraviolette de 365 nanomètres à 180 millijoules par centimètre carré avec le motif de projection numérique pour durcir sélectivement la résine.

Immergez l’échantillon exposé dans de l’eau déionisée pendant une heure pour extraire le PEG 200. Ensuite, séchez l’échantillon à 70 degrés Celsius pendant une heure pour éliminer l’eau résiduelle et compléter la structure nanoporeuse. Effectuer un traitement OTS et un greffage induit par la lumière pour compléter la fabrication des surfaces glissantes du motif.

Les surfaces nanoporeuses fabriquées par séparation de phase induite par polymérisation présentaient une distribution dominante de la taille des pores de 60 à 100 nanomètres. L’angle de contact statique avec l’eau mesuré sur la surface poreuse était de 84,4 degrés. Après la silanisation, la surface est devenue hydrophobe, mais un second traitement à l’ozone ultraviolet a temporairement réduit l’angle de contact.

Cette réduction a été inversée par la formation de couches de brosse par PDMS, qui a rétabli l’hydrophobie. Le comportement glissant de quatre liquides représentatifs : eau déionisée, octane, miel et salive humaine artificielle a été validé par des mesures d’angle de contact, d’angle de glissade, de vitesse de glissement et d’hystérésis d’angle de contact. Les mesures imprimées de largeur de ligne à partir de la résine PEG et PUA ont montré une haute fidélité à la taille minimale de la caractéristique de 50 micromètres, avec des écarts croissants à des largeurs plus grandes.

Des surfaces nanoporeuses à motifs étaient fabriquées avec des graphiques et des lettres utilisant un traitement numérique de la lumière, incluant des logos de labyrinthe, d’engrenages et JoVE. Après tous les traitements de surface et l’infusion d’huile de silicone, les motifs sont devenus optiquement transparents grâce à un contraste réduit de l’indice de réfraction. Les mesures de transmittance ont montré que les surfaces poreuses traitées atteignaient plus de 90 % de transparence.

Lorsque de l’eau contenant de l’encre était appliquée, les gouttelettes migraient sélectivement vers des régions hydrophiles non traitées, évitant les domaines glissants et formant des formes liquides définies. Nous avons constaté que lorsque nous fabriquons une surface nanoporeuse avec le greffage UVU, elles deviennent très glissantes. L’hystérésis de l’angle de contact est vraiment faible, ce qui permet de créer des motifs de gouttelettes sélectifs à la surface.

Notre méthode utilise l’impression 3D DLP afin de pouvoir modeler la surface en un seul pas plus rapide avec une haute résolution. Il fonctionne aussi sur un substrat flexible. Comparé au processus classique en plusieurs étapes, il est très simple et très rapide.

Parce que nous pouvons contrôler où la surface est humide ou glissante, nous pouvons guider comment les gouttelettes se déplacent et restent sur une surface. Cela peut aider à travailler à l’avenir sur des domaines comme le transport directionnel des gouttelettes, les dispositifs microfluidiques, les revêtements auto-nettoyants, et même les surfaces de récupération d’eau.