[發明專利]一種超疏水性非晶態合金表面微結構的制備方法

無效

• 申請號: 201110248905.7
• 申請日: 2011-08-26
• 公開（公告）號: CN102328902A
• 公開（公告）日: 2012-01-25
• 發明（設計）人: 李寧;夏婷;許巍;柳林
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: B81C1/00
• 分類號: B81C1/00;C22C45/10;C22C45/00
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 李佑宏

技術領域

本發明屬于非晶態合金表面微結構的超疏水性領域，涉及一種非晶態合金表面可控微結構的制備方法。

背景技術

基于超疏水原理的自清潔表面由于其獨特的表面微觀結構和優異的超疏水性能，使雨水、冰雪等難以在其表面附著，在建筑玻璃、汽車和飛機擋風玻璃、衛星天線、高壓電線，機車和飛機涂裝等方面具有重要應用前景。人工制備超疏水表面的關鍵在于建構合適的表面微結構。目前所制備的用于超疏水的表面微結構都是基于高分子材料，這些高分子表面微結構不僅具有低的機械強度、與基體結合力差，而且其疏水性能在長期使用過程中會因聚集雜物而減弱甚至消失，同時制備工藝復雜，成本昂貴且不可控制，這極大的限制了其應用。

因此，十分有必要開發出具有超疏水性的金屬表面微結構。但晶態金屬材料具有較高的表面能，且難以加工成具有微納尺度的表面微結構，無法獲得超疏水性表面。相比之下，非晶態金屬材料(簡稱非晶態合金)所具有的一系列優點，使其成為表面微納結構成形的理想材料。首先，非晶態合金在原子尺度上具有結構均勻性，成形極限最小可達13nm，能滿足微納尺度加工要求。其次，非晶態合金在微納尺度下仍能保持較晶態金屬材料更加優異的機械性能，使用壽命長。第三，非晶態合金在過冷液態區(溫度升至玻璃轉變溫度與晶化溫度之間區域)具有超塑性，成形溫度低，成形力小，可加工性好。

采用熱壓成形技術，在非晶態合金表面壓印成形出形狀、尺寸及分布可控的表面微結構，獲得具有超疏水性的金屬表面。在航天航空、國防軍事以及工業生產等領域具有重要的應用價值。

發明內容

本發明的目的在于提出一種超疏水性非晶態合金表面微結構的制備方法，利用熱壓成形法，在非晶態合金表面制備出形狀、尺寸及分布可控的微結構，從而獲得具有超疏水性的非晶態合金表面。

本發明的技術方案如下：

一種超疏水性非晶態合金表面微結構的制備方法，該方法具體包括如下步驟：

(1)設計微結構二維矢量圖

根據Cassie狀態與Wenzel狀態轉變理論，設計出形狀、尺寸及分布不同的微結構二維矢量圖；

(2)硅模制備

根據所設計的微結構二維矢量圖，加工掩膜板，采用深反應離子蝕刻技術，在單晶硅片上蝕刻出所設計微結構的陰母模；

(3)非晶態合金樣品制備

將金屬原料按照一定原子比進行配比，然后在真空條件下電弧/感應熔煉，再采用銅模吸鑄/噴鑄法制備出一定尺寸的非晶態合金樣品；

(4)成形夾具設計、加工及樣品放置

設計并及加工熱壓成形表面微結構所需的夾具。在夾具中依次放置硅模、非晶態合金樣品和壓頭；

(5)非晶態合金表面微結構的熱壓成形

將電子力學實驗機升溫至設定溫度，待溫度穩定后，將放置好樣品的夾具放入設備測試平臺，在一定速率條件下進行熱壓成形；

(6)冷卻脫模

熱壓成形結束后，將夾具取出放置在水中冷卻，取出成形體(機械結合在一起的硅模及非晶態合金樣品)并放入堿性溶液中，待硅完全溶解后，得到表面具有三維微結構的非晶態合金；

(7)超疏水性能表征

采用接觸角儀對熱壓成形的非晶態合金表面進行接觸角測試，觀察水在具有不同微結構非晶合金表面的最大靜態接觸角。

作為本發明的進一步改進，所述的非晶態合金為Pd-、Pt-、Au-、Zr-、或Ti-基等非晶態合金。

作為本發明的進一步改進，所用金屬材料為Pd-基非晶態合金。

作為本發明的進一步改進，所述的表面微結構形狀包括柱狀、蜂窩狀及針尖狀。

作為本發明的進一步改進，所述的微結構尺度包括納米、微米及微米-納米復合結構。

本發明的方法制備的非晶態合金表面微結構，形狀、尺寸及分布可控，具有超疏水性，在航天航空、國防軍事以及工業生產等領域具有重要的應用價值。

附圖說明

圖1為表面光滑的Pd基非晶態合金表面的靜態接觸角圖。

圖2為設計的微結構平面圖。

圖3為深反應離子蝕刻制備的微結構陰母模SEM圖。

圖4為設計的用于熱壓成形表面微結構的夾具示意圖。

圖5為熱壓成形蜂窩狀表面微結構的SEM圖。

圖6為水滴在非晶態合金表面微結構的靜態接觸角圖。

具體實施方式

下面結合附圖和具體實施例對本發明作進一步說明。

一種基于非晶態合金表面可控微結構的超疏水性技術，包括如下步驟：