[發明專利]一種以微針陣列制造超疏水表面的方法

無效

• 申請號: 201010300413.3
• 申請日: 2010-01-18
• 公開（公告）號: CN101830428A
• 公開（公告）日: 2010-09-15
• 發明（設計）人: 吳承偉;史立濤;周平;蔣成剛;馬國軍
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: B81C1/00
• 分類號: B81C1/00
• 代理公司: 大連理工大學專利中心 21200
• 代理人: 梅洪玉

技術領域

本發明屬于超疏水表面制備領域，涉及到一種以微針陣列制造超疏水表面的方法。

背景技術

在日常生活和工業生產很多領域中，具有特殊浸潤性的表面具有廣闊的應用前景，如玻璃等的防霧及其自清潔、高端紡織品的防污、輸油等管道及軍事領域的潛艇、水下導彈的減阻等。

浸潤性是材料表面特性的重要指標之一。與水接觸角大于150°，滾動角小于10°的表面被稱作為超疏水表面。仿生學的研究發現，固體表面表觀浸潤性不僅與固體表面材料的化學成分有關，微納分級結構對于表面的超疏水特性也起著重要的作用，對于平坦表面而言，對水的接觸角一般只能達到120°。超疏水表面的制備技術總體分為三類：

(1)自上而下的(Top-down)刻蝕或印制類技術，如激光刻蝕法、印制法等；

(2)自下而上(Bottom-up)的覆膜與自組裝生長技術，如化學氣相沉積或電化學沉積法、納米材料自組裝生長法等；

(3)自上而下和自下而上兩類的復合技術。

以往的許多專利中都有制備超疏水表面的過程，如：專利CN1872661A，公開了一種用微納米離子沉積排列于基底上，然后輔以氟化修飾的一種超疏水表面方法，屬于第三類技術；專利CN1760112A，以微加工和陽極氧化為基礎用納米壓痕法在聚合物薄膜上制備超疏水表面，屬于第一類技術。

對于陣列超疏水表面的形貌參數可控的優良特性，不少學者對此進行了研究。譬如江雷課題組進行了仿蚊子復眼制造的微納陣列仿復眼結構及碳納米管陣列濕潤性的研究；Y.K.Choi課題組報道的微碗陣列結構等。H.S.Zhou等用自下而上的方法制備的納米針列。

但是上述這些制造技術仍然不能大量制造性能優越的陣列超疏水表面，主要問題還是在于制造工藝復雜、制作成本高、周期長、材料特殊，需要特別的高精度加工設備及高技術人員，特別是不能適應工作環境要求，而納米材料構筑的超疏水表面只能小面積、小范圍的制備，生產條件苛刻，這些都不能適應工業化的需求。

發明內容

本發明要解決的技術問題是從另一個角度提出了一種設計制造多級粗糙結構的陣列超疏水表面的方法，克服現有的設計制造技術的不足。使用者只需進行簡單的微針的組裝就可以得到一個具有粗糙結構的陣列表面，再輔以陣列表面的刻蝕和低表面能處理就能得到分級粗糙結構的陣列超疏水表面，大大提高制造效率，節省設計制造成本和時間耗費，提高了表面抗外力破壞能力。

本發明的技術方案如下：

本發明利用目前已經能夠大規模工業化生產的微針進行組裝，得到陣列的微米尺度的粗糙結構表面，通過刻蝕的方法在針狀物尖上得到次級的粗糙結構，再經過低表面能處理得到超疏水表面。

一種以微針陣列制造超疏水表面的方法，包括以下步驟：

步驟1：微針陣列的組裝：將截面為10mm～500mm微米的微針組裝成陣列，

得到一級粗糙或一級以上粗糙的陣列表面，微針可以采用微棒等代替。所用的微針或微棒等，其橫截面可以是圓形、四邊形或六邊形等各種形狀，陣列表面可以是平面、二維或者三維曲面。

步驟2：次級微結構的刻蝕構造：在步驟1得到的粗糙陣列表面上，根據不同的微針材料選擇相應的刻蝕溶液，采用刻蝕的方法獲得次級粗糙結構。

步驟3：低表面能處理：在步驟2得到的一級粗糙或一級以上粗糙的陣列表面上，用氟硅烷溶液進行低表面能處理，取出后經過恒溫烘干即得到具有多級粗糙結構的陣列超疏水表面。氟硅烷溶液所用溶劑為甲醇、乙醇或者正己烷。

本發明的效果和益處是：

1)本發明提供的陣列超疏水表面的抗外力破壞能力強，是超疏水表面走向應用的基礎。

2)可以控制超疏水表面的濕潤性質，依據不同的陣列參數，可以得到不同濕潤性的表面。

3)本發明所使用的材料都是已經大規模工業化生產的產品，容易獲得或者制造，給大規模應用提供一個很大的市場選擇范圍。

4)本發明可以模塊化制作，大規模組裝成大面積的陣列超疏水表面，是工業化應用的前提。

5)本發明提供的陣列超疏水表面制作方法簡單，無需很多復雜、昂貴的設備儀器。

6)本發明中制作的針列，可以作為其他陣列超疏水表面的模板，可以用作壓印板在其他相對較軟的基底上產生陣列微結構，可以進一步處理成陣列超疏水表面。

附圖說明

圖1是陣列超疏水表面制備流程示意圖。

圖2是不銹鋼微針陣列超疏水表面制備流程示意圖。

圖3是不銹鋼微針陣列超疏水表面效果圖。

具體實施方式

以下結合技術方案和附圖詳細敘述本發明的具體實施例。