一种周期性疏水结构表面润湿特性的研究方法

本发明涉及功能材料分析的，具体涉及一种周期性疏水结构表面润湿特性的研究方法。背景技术：1、超疏水材料是一类具有特殊表面性质的材料，它以其独特的固液界面性质在表面自清洁、生物防污、抗结冰等领域展现出巨大应用潜力。构建超疏水表面的方法有两种，一是在疏水材料表面上构建微观粗糙结构，二是用低表面能物质对微观粗糙表面进行改性。因此，通过在材料表面构建周期性微纳结构获得超疏水表面成为研究热点。通过实验法研究微纳结构是最可靠也是最有效的研究方法。目前制备疏水材料的方法主要有激光刻蚀法、模板法、电镀法、化学沉积法和分子自组装法等。然而，实验法却存在如下局限性：一是需要精度极高的制备装置；二是研发周期长，改变基本重复单元和重复周期需要制备大量样品，实验数据可重复性差；三是难以动态观测润湿行为来揭示润湿机理。分子动力学模拟是研究材料微观行为的一种重要手段。分子动力学仿真可以节约实验成本，有效模拟实验环境，观测瞬态原子运动状态，因而为研究周期性疏水结构表面的润湿特性提供了一条可行的途径。但是，在微纳尺度，材料比表面能经历较大变化，分子动力学模拟可能存在较大误差。因此，将实验法和分子动力学仿真法相结合成为研究周期性疏水结构润湿特性的有效方法。技术实现思路1、本发明的目的在于提供一种周期性疏水结构表面润湿特性的研究方法，改善了实验法的研发周期长，改变基本重复单元和重复周期需要制备大量样品，实验数据可重复性差的问题。2、本发明实现目的所采用的方案是：一种周期性疏水结构表面润湿特性的研究方法，包括如下步骤：3、s1：在基材表面制备原始疏水结构，同时在基材表面预留出没有结构的基材平面；4、s2：分别测量湿润介质在步骤s1中的原始疏水结构和基材平面表面的静态接触角；5、s3：根据步骤s1中获得的原始疏水结构和基材平面建立湿润介质在原始疏水结构和基材平面表面润湿的分子动力学仿真模型；6、s4：通过调节仿真模型的参数，得到与步骤s2测量相近或一致的静态接触角，获得有效的仿真模型；7、s5：在原始疏水结构的仿真模型基础上，改变原始疏水结构的初始间隔来改变疏水结构的周期，通过分子动力学建模建立不同周期性疏水结构表面的分子动力学仿真模型；8、s6：利用步骤s5中的分子动力学仿真模型获得湿润介质在不同周期的疏水结构表面的润湿特性。9、优选地，所述步骤s1中，利用3d光刻工艺在固化的光刻胶刻出原始疏水结构模板，再利用模板在基材表面转印出原始疏水结构。10、优选地，所述步骤s1中，基材不限，可以为具有疏水或疏油特性的材质，也可以为不具有疏水或疏油特性的材质。11、优选地，当所述基材为具有疏水或疏油特性的材质时，基材为pp材质、pdms(聚二甲基硅氧烷)、金属等材质。12、优选地，所述步骤s2中，通过实验法测量湿润介质在原始疏水结构和基材平面表面的静态接触角。13、优选地，所述步骤s2中，润湿介质包括水、液态有机物、液态金属中的至少一种。14、优选地，所述步骤s3中，根据步骤s1中获得的原始疏水结构和基材平面，通过对实物尺寸等比例缩放，建立湿润介质在原始疏水结构和基材平面表面润湿的分子动力学仿真模型。15、优选地，所述步骤s3中，利用lammps软件建立湿润介质在原始疏水结构和平面结构表面润湿的分子动力学仿真模。16、优选地，所述步骤s4中，通过调节仿真模型的势函数参数获得与步骤(2)测量相近或一致的静态接触角。17、优选地，所述步骤s5中，周期性疏水结构包括等周期性疏水结构、变周期性疏水结构中的至少一种。18、本发明的技术原理及研究过程如下：19、鉴于使用实验法研究周期性疏水结构表面润湿特性的诸多问题，本发明进行实验法和仿真法的接触角对照是通过在原始疏水结构和平面结构两种结构上进行对照，利用实验法和分子动力学仿真相结合方法进行研究。首先，利用3d光刻工艺可以在一片固化的光刻胶上刻出多种设计的原始疏水结构模板，然后在一块基材上转印出来，因此可以一次性在一块基材上得到多种设计的原始疏水结构。其次，通过调节仿真模型的势函数参数来获得一致的静态接触角，进而缩小仿真模型和实验的差距，从而获得有效的模型。再次，为防止平面结构上实验和仿真结果一致性的偶然性，以及考虑到微纳结构可能存在尺寸效应，还增加了原始疏水结构实验和仿真结果的一致性要求。最后，在原始疏水结构的基础上，通过分子动力学建模获得不同周期的仿真模型，避免了大量制造疏水结构样品，还能动态观察疏水结构的润湿行为。20、本发明具有以下优点和有益效果：21、本发明的方法可以获得有效的周期性疏水结构仿真模型；避免了大量制造周期性疏水结构样品，节约时间和成本；可以动态观察疏水结构的润湿行为。22、本发明的方法不仅适用于疏水研究，也适用于疏油或其他液体的研究。技术特征：1.一种周期性疏水结构表面润湿特性的研究方法，其特征在于：包括如下步骤：2.根据权利要求1所述的周期性疏水结构表面润湿特性的研究方法，其特征在于：所述步骤s1中，利用3d光刻工艺在固化的光刻胶刻出原始疏水结构模板，再利用模板在基材表面转印出原始疏水结构。3.根据权利要求1所述的周期性疏水结构表面润湿特性的研究方法，其特征在于：所述步骤s2中，通过实验法测量湿润介质在原始疏水结构和基材平面表面的静态接触角。4.根据权利要求1所述的周期性疏水结构表面润湿特性的研究方法，其特征在于：所述步骤s2中，润湿介质包括水、液态有机物、液态金属中的至少一种。5.根据权利要求1所述的周期性疏水结构表面润湿特性的研究方法，其特征在于：所述步骤s3中，根据步骤s1中获得的原始疏水结构和基材平面，通过对实物尺寸等比例缩放，建立湿润介质在原始疏水结构和基材平面表面润湿的分子动力学仿真模型。6.根据权利要求1所述的周期性疏水结构表面润湿特性的研究方法，其特征在于：所述步骤s3中，利用lammps软件建立湿润介质在原始疏水结构和平面结构表面润湿的分子动力学仿真模。7.根据权利要求1所述的周期性疏水结构表面润湿特性的研究方法，其特征在于：所述步骤s4中，通过调节仿真模型的势函数参数获得与步骤(2)测量相近或一致的静态接触角。8.根据权利要求1所述的周期性疏水结构表面润湿特性的研究方法，其特征在于：所述步骤s5中，周期性疏水结构包括等周期性疏水结构、变周期性疏水结构中的至少一种。技术总结本发明涉及功能材料分析的技术领域，具体涉及一种周期性疏水结构表面润湿特性的研究方法，制备原始疏水结构及没有结构的基材平面；测量湿润介质在原始疏水结构和基材平面的静态接触角；根据原始疏水结构和基材平面建立湿润介质在原始疏水结构和基材平面表面润湿的分子动力学仿真模型；通过调节仿真模型的参数，得到与测量相近或一致的静态接触角，获得有效的仿真模型；改变原始疏水结构的周期，建立不同周期性疏水结构表面的分子动力学仿真模型；利用该模型获得湿润介质在不同周期的疏水结构表面的润湿特性。本发明可以获得有效的周期性疏水结构仿真模型；避免了大量制造周期性疏水结构样品，节约时间和成本；可以动态观察疏水结构的润湿行为。技术研发人员：舒雨,曹皓,桂成群,万辉,陈硕,王德铭受保护的技术使用者：武汉大学技术研发日：技术公布日：2024/8/16