一种多层柔性基板表面的亲疏水组合结构制备方法

技术领域

本发明涉及线路板生产技术领域，具体涉及一种多层柔性基板表面的亲疏水组合结构制备方法。

背景技术

在多层柔性线路板生产过程中，涉及多个工艺需要对线路板进行加热固化或烘烤干燥，之后等待散热降温费时较长。在多层柔性线路板使用过程中，易因散热不良引发电子产品发烫或失能。需要一种多层柔线路板本身具有加快生产过程中的降温散热或使用过程中温度过高时能启动自动降温的机制。

蒸汽冷凝是自然界中普遍存在的现象，在众多工业过程中，如电力能源、石油化工、电子工业、建筑节能、食品加工、海水淡化等领域利用界面结构调控蒸汽冷凝散热得到应用。根据冷凝液滴在固体表面上润湿性形态的不同，液滴的冷凝模式可以分为滴状冷凝和膜状冷凝，滴状冷凝的散热速率比膜状冷凝高，可以达到膜状冷凝的几倍甚至十几倍，目前，滴状冷凝的实现多数是在超疏水表面实现的，然而超疏水表面冷凝液滴成核热阻要远大于超亲水表面并且液滴成核密度远小于超亲水表面，这对于提高滴状冷凝液滴成核速率以及液滴移除频率是不利的。如何设计研发滴状冷凝表面兼顾冷凝液滴高成核速率与移除频率的特点成为制约强化蒸汽冷凝散热性能的关键。

随着微纳加工技术和新材料的快速发展，如何在多层柔性线路板上开发具有兼顾超疏水表面高散热速率和超亲水表面高成核速率的结构表面，从新视角将蒸气冷凝散热机理应用到多层柔性线路板上解决生产和使用过程中的散热难题成为研发焦点。

发明内容

为了解决现有技术中多层柔性线路板生产过程中散热慢、使用过程中易发热失能的缺陷，本申请提出在多层柔性基板表面制备相间设置的亲水区和疏水区，从而在温度较高时，通过蒸汽冷凝现象解决多层柔性线路板生产和使用过程中散热慢降温难的问题。

本发明解决其技术问题采用的技术方案如下：

本发明提供一种多层柔性基板表面的亲疏水组合结构制备方法，亲疏水组合结构为：多层柔性基板表面上相间设置疏水区和亲水区，亲疏水组合结构制备方法包括步骤：S1，制作亲水表面：对多层柔性基板表面进行等离子改性处理，使多层柔性基板具有亲水表面，从而制作亲水基底；S2，遮盖亲水区：在预设的与疏水区位置相间设置的亲水区位置涂敷UV光敏胶、并进行紫外灯照射固化，即在多层柔性基板表面形成临时的亲水区遮盖保护层；S3，制作疏水薄膜：将含有遮盖保护层的多层柔性基板在超疏水溶胶中浸渍提拉形成疏水薄膜；S4，疏水化处理：将形成疏水薄膜的多层柔性基板放在硅烷偶联溶剂中进行疏水化处理；重复步骤S3和S4数次，使超疏水溶胶和硅烷偶联溶剂交替沉积在多层柔性基板表面形成疏水涂层；S5，组合结构成型：剥离UV光敏胶，随UV光敏胶一起剥离掉疏水涂层的区域即为亲水区，原先未涂敷UV光敏胶从而附着有疏水涂层的区域即为疏水区，相间设置的疏水区和亲水区在多层柔性基板表面形成亲疏水组合结构。

等离子改性处理方式为：对多层柔性基板表面以200w功率进行30-150s的等离子体处理，至出现表面粗糙且具有无定向性沟槽网络状结构的亲水表面。

在进行等离子改性步骤之前还包括步骤：S0，对多层柔性基板表面进行打磨，使预设的疏水区位置形成微突起、预设的亲水区位置形成微沟槽。

S4步骤中硅烷偶联剂为氟代烷基硅烷，能够分散疏水涂料并提高疏水涂层的附着性。

在氟代烷基硅烷中混合聚四氟乙烯以增强疏水涂层的耐磨性。

在步骤S3之后、S4之前还包括步骤：S31，将形成疏水涂层的多层柔性基板放在自修复溶液中静置沉积形成自修复涂层。自修复溶液为PEI-β-CD聚合物溶液，使疏水涂层受到损伤后能自我修复。

多层柔性基板表面的亲疏水组合结构达到最大传热系数时，存在两个影响最优疏水区宽度的关键结构参数，分别为：疏水涂层厚度A

亲水区和疏水区存在最优面积比为1：2，以保持排液能力和换热性能之间的平衡。

本发明带来的有益效果包括:

第一方面，本发明通过等离子改性处理和多次交替浸涂相结合的制备方法，采用亲水基底和疏水涂层相结合，在多层柔性基板表面制备由疏水区和亲水区相间设置的亲疏水给合结构，实现在多层柔性基板的温度高于环境温度时，自动开始冷凝，产生的冷凝液先一步在亲水区成核生长成滴液、后一步在疏水区成核、生长、聚并形成滴液，疏水区的滴液生长到足够大发生跳离和滑落到亲水区与亲水区的滴液聚并，滴液聚并到足够大时由亲水区做为排水通道将冷凝滴液排出，形成自动冷凝散热机制。

第二方面，本发明在亲疏水组合结构制备过程中，通过在疏水区多次交替沉积超疏水溶胶、自修复溶液和硅烷偶联溶剂，硅烷偶联涂层能分散疏水涂料并提高疏水涂层的附着性，在硅烷偶联溶剂中混合聚四氟乙烯以增强疏水涂层的耐磨性，以及自修复涂层能在疏水涂层受到损伤时自动修复疏水涂层，延长冷凝散热功能的生命周期。

第三方面，本发明采用等离子改性处理形成的粗糙表面使亲水区更亲水、疏水区更疏水，通过打磨多层柔性基板表面使疏水区形成微突起、亲水区形成微沟槽，并通过疏水涂层厚度和亲水区宽度的组合结构参数控制最优疏水区宽度来实现较佳的冷凝散热系数，从而更利于冷凝滴液的成核、生长、聚并、排除，提高冷凝散热效率。

附图说明

图1是本发明实施例提供的多层柔性基板表面的亲疏水组合结构制备方法流程图；

图2是本发明实施例提供的多层柔性基板表面的亲疏水组合结构示意图。

附图标识：

1-多层柔性基板；2-疏水区；3-亲水区；4-疏水涂层。

具体实施方式

下面结合附图以及具体实施方式，对本发明做进一步描述。

近年来，荷叶效应和润湿理论的研究带动了疏水表面的研究，而疏水表面往往在生物医学、建筑、纺织品、交通运输和日用品等领域也个有越来越广泛的应用前景。利用疏水表面进行蒸汽冷凝散热的应用逐渐增，然后纯疏水表面进行冷凝效果一般，采用亲疏水组合结构进行冷凝散热其效果更佳，选年来，随着微纳结构和新材料的发展，这种亲疏水组合结构开始进入多层柔性基板的散热领域，在多层柔性基板的温度高于环境温度时，考虑通过亲疏水组合结构启动自动冷凝散热。其工作原理在于：亲水区的成核能垒远小于超疏水区域，导致亲水区能够保持更高的成核速率，尤其是在液滴成核的初始阶段。在冷凝过程初期阶段，冷凝表面上呈现出大量微小的液滴随机分布的现象。随着冷凝过程的持续进行，亲疏水组合表面上疏水区域内液滴间的聚并成为液滴生长的主要方式，由于润湿性限制，组合表面中被限制在矩形超亲水区域上的液膜也快速生长并积累成一个较大的液滴，此时，亲水区冷凝液滴的直径大于疏水区域上冷凝液滴的直径。当冷凝液滴进入生长阶段时，亲疏水组合表面体现出明显的调控作用：亲水区邻间距的减小促进了液滴的聚并；亲水区液滴的直径也随着区域尺寸的增大而增大。当疏水区上的小液滴足够大时，相邻的液滴会相互聚并。如果释放的表面能能够克服超亲水表面的黏附力，聚并的液滴可以跳离表面或随机清扫疏水区的小液滴。亲水区域上冷凝液滴的生长不仅通过持续的冷凝进行，还通过吸收周围疏水区域上形成的小液滴。随着亲水区域冷凝液滴的持续增大，相邻的两个液滴发生聚并，它们的形状会呈纺锤形。纺锤形的液滴仍然通过与相邻液滴聚并继续膨胀，形成更大的液滴，能够覆盖更多的超亲水区域，因此，这些大的液滴通过吸收冷凝表面上相邻的液滴继续膨胀，直到它们能够获得足够的动能，从而自动从冷凝表面脱离。为了开始发生滑落，聚并的液滴必须达到临界体积，只有超过该临界体积，液滴自生的重力才足以克服粘附力，导致大液滴向下滑落。当大液滴向下滚动时，沿其路径所有的液滴，无论是锚定在超亲水区域的液滴还是在超疏水区域生长的一些微小液滴，都将被向下滑落的大液滴清扫干净，留下一条没有冷凝液滴存在的条带状区域。大液滴从沟槽结构的亲水区排除，热量随着冷凝过程和液滴排除过程散掉。同时，亲水区和疏水区继续进行冷凝，直到多层柔性基板的温度与环境一致且冷凝液滴排除。

请参考图1、图2，本发明提供一种多层柔性基板表面的亲疏水组合结构制备方法，亲疏水组合结构为：多层柔性基板表面上相间设置疏水区和亲水区，亲疏水组合结构制备方法包括步骤：S1，制作亲水表面：对多层柔性基板表面进行等离子改性处理，使多层柔性基板具有亲水表面；S2，遮盖亲水区：在预设的与疏水区位置相间设置的亲水区位置涂敷UV光敏胶、并进行紫外灯照射固化，即在多层柔性基板表面形成临时的亲水区遮盖保护层；S3，制作疏水薄膜：将含有遮盖保护层的多层柔性基板在超疏水溶胶中浸渍提拉形成疏水薄膜；S4，疏水化处理：将形成疏水薄膜的多层柔性基板放在硅烷偶联溶剂中进行疏水化处理；重复步骤S3和S4数次，使超疏水溶胶和硅烷偶联溶剂交替沉积在多层柔性基板表面形成疏水涂层；S5，组合结构成型：剥离UV光敏胶，随UV光敏胶一起剥离掉疏水涂层的区域即为亲水区，原先未涂敷UV光敏胶从而附着有疏水涂层的区域即为疏水区，相间设置的疏水区和亲水区在多层柔性基板表面形成亲疏水组合结构。

具体地，多层柔性线路板路板一般是以聚酰亚胺或聚酯薄膜为基板，由于聚酰亚胺或聚酯薄膜其表层活化能较低，进行表面修饰时，采用等离子改性修饰，能保持材料的固有特性，不会对基板造成伤害，等离子改性处理不公能增强其外表粗糙度，还可以在表层引进很多的含量正负级官能团，增强基板材料的亲水性和表面能，在不破坏材料特性的前提下，达到基板材料的表层改性。

疏水涂层为改性纳米二氧化硅，改性纳米二氧化硅涂料作为低表面能物质能够较地地修饰基板并改变表面润湿特性，在二氧化硅涂料中加入乙醇后能使涂料中的纳米二氧化硅悬浮颗粒更具均匀性和分散性而在修饰完成后形成更加致密稳定的涂层表面，这是因为随着乙醇所占质量比的提升，涂层表面纳米二氧化硅颗粒的排列间距由分散杂乱变得较为适中，颗粒直径尺寸也达到15-40纳米，微结构大小适中，能够达到较为稳定的超疏水润湿状态。优选地，还可以以纳米二氧化硅、碳化硅以及正硅酸混合涂料制作疏水涂层，通过浸涂的方式在多层柔性基板的亲水表面制备出复合超疏水表面，涂层具有许多纳米孔，涂层上均匀分布着直径约为7～12微米的不规则形状的碳化硅颗粒，复合超疏水表面的平均液滴数相比纯二氧化硅疏水表面提升了约150％。

进一步地，等离子改性处理方式为：对多层柔性基板表面以200w功率进行30-150s的等离子体处理，至出现表面粗糙且具有无定向性沟槽网络状结构的亲水表面。

具体地，对于疏水表面而言，增加表面粗糙度会使该表面更加疏水，而对于亲水表面而言，增加表面粗糙度会使该表面更加亲水。

进一步地，在进行等离子改性步骤之前还包括步骤：S0，对多层柔性基板表面进行打磨，使预设的疏水区位置形成微突起、预设的亲水区位置形成微沟槽。

具体地，将疏水区设置为微突起、亲水区设置成微沟槽，能使疏水区的冷凝液滴受亲水区的吸引更易滑落到亲水区聚并，并能通过亲水区做为排水通道更易排除。

进一步地，S4步骤中硅烷偶联剂为氟代烷基硅烷，能够分散疏水涂料并提高疏水涂层的附着性。在氟代烷基硅烷中混合聚四氟乙烯以增强疏水涂层的耐磨性。

进一步地，在步骤S3之后、S4之前还包括步骤：S31，将形成疏水涂层的多层柔性基板放在自修复溶液中静置沉积形成自修复涂层。自修复溶液为PEI-β-CD聚合物溶液。

具体地，当涂层表面的微纳粗糙结栗色被破坏后，将其浸泡在水中，由于涂层表面失去疏水性能，在未受破坏区域形成的冷凝水渗透到损伤区域后，PEI-β-CD聚合物自修复涂层使损伤部位慢慢膨胀恢复其原始的微纳粗糙结构及其疏水性能。

进一步地，多层柔性基板表面的亲疏水组合结构达到最大传热系数时，存在两个影响最优疏水区宽度的关键结构参数，分别为：疏水涂层厚度A

进一步地，亲疏水区域之间存在最佳面积比，最佳面积比是亲水区排液能力与高效换热区域面积共同作用的结果。亲水区和疏水区存在最优面积比为1：2。

具体地，当冷凝液量较大，而亲水区流通固道的宽度限制了液滴的排走，产生液滴的滞留现象，会影响疏水区液滴的迁移，降低其脱落上海市，随后滞留现象得到缓解，液滴的脱落频率加快，再次产生液滴滞留，即滞留现象周期性产生。滞留现象的产生说明了亲水流道排液能力的重要性，而亲疏水面积比和亲水流道倾角是判定排液能力的重要指标。当亲疏水面积比大于1：2时，充裕的亲水流道宽度为液滴的迁移提供了良好条件，使液滴在重力分量作用下迅速排走。然而当面积比减小时，亲水流道的宽度变窄，逐渐表现出排液能力不足的现易受，从而发生上述周期性的液滴滞留现象，使换热性能降低。当面积比较小时，亲水流道宽度相对较窄，排液能力不足，对疏水区换热强化作用并不明显；随着面积比的增加流道宽度增加，排液能力增强，换热性能逐渐增大，但同时也减小了高效换热区域面积，当面积比大于1：2时，表面换热性能现现下降的趋势。所以换热性能随面积比的增加呈现先增加后减小的趋势，而亲疏水区域最佳面积比1：2是排液能力与高效换热区面积共同作用的结果。

对本领域的技术人员来说，可根据以上描述的技术方案以及构思，做出其它各种相应的改变以及形变，而所有的这些改变以及形变都应该属于本发明权利要求的保护范围之内。

需要说明的是：以上所述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“其”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。