[發(fā)明專利]一種液滴餅狀彈跳的大尺寸超疏水圓柱陣列的熱壓加工方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710568996.X
• 申請(qǐng)日: 2017-07-13
• 公開（公告）號(hào): CN107573531B
• 公開（公告）日: 2020-08-14
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 宋金龍;黃柳;趙長(zhǎng)林;高明謙;劉新
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 大連理工大學(xué)
• 主分類號(hào): C08J7/06
• 分類號(hào): C08J7/06;B29C33/38;B29C51/00
• 代理公司: 大連理工大學(xué)專利中心 21200
• 代理人: 溫福雪;侯明遠(yuǎn)

一種液滴餅狀彈跳的大尺寸超疏水圓柱陣列的熱壓加工方法，制備熱壓模具：加工直徑0.8mm～1.25mm、柱間距0.25mm、深0.6mm～1.0mm的金屬基體陣列通孔結(jié)構(gòu)，經(jīng)打磨、清洗及吹干后獲得熱壓模具；熱壓：使用聚合物材料于熱壓模具上進(jìn)行真空熱壓，取出冷卻至室溫；取模：截?cái)鄰耐滓绯龅亩嘤嗟木酆衔锊牧现蟀文＜吹镁酆衔飯A柱陣列；超疏水處理：對(duì)獲得的圓柱陣列進(jìn)行噴涂混合液處理獲得超疏水圓柱陣列，其中混合液為含納米TiO₂顆粒的氟硅烷乙醇溶液。本方法具有簡(jiǎn)單易操作、成本低、選材料種類多、材料及模板可重復(fù)使用、所制備的圓柱陣列尺寸大等優(yōu)點(diǎn)，有效地實(shí)現(xiàn)液滴餅狀彈跳表面的大面積、產(chǎn)業(yè)化加工。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于微細(xì)加工技術(shù)領(lǐng)域，涉及到一種能實(shí)現(xiàn)液滴餅狀彈跳的大尺寸超疏水圓柱陣列的熱壓加工方法。

背景技術(shù)

凍雨是自然界中的常見現(xiàn)象，但因極易在固體表面附著凍結(jié)而對(duì)人類生產(chǎn)生活造成破壞，如凍雨附著輸電線路易造成倒塔斷電；凍雨附著公路易降低行人及汽車與路面摩擦力，增加交通事故；凍雨附著機(jī)翼會(huì)降低飛機(jī)升力并增加飛行阻力，嚴(yán)重的還會(huì)發(fā)生墜機(jī)事故。凍雨的危害迫使人們尋找有效的方法減小其與固體表面的粘附。超疏水表面因具有較高接觸角和較低滾動(dòng)角而引起了研究人員的關(guān)注，研究人員希望依靠水滴撞擊超疏水表面時(shí)液-固接觸時(shí)間短并易滾落的特征來防止凍雨附著。水滴撞擊超疏水平面時(shí)會(huì)先鋪展然后回彈最后離開基體，對(duì)于固定體積的液滴，液-固接觸時(shí)間幾乎不隨撞擊速度而發(fā)生改變。如何進(jìn)一步減小液-固接觸時(shí)間對(duì)提高超疏水表面防凍雨抗結(jié)冰具有重要意義。2014年，Bird發(fā)現(xiàn)液滴撞擊超疏水平面上的高180μm的長(zhǎng)條形脊?fàn)罱Y(jié)構(gòu)時(shí)，液滴會(huì)破裂，液-固接觸時(shí)間會(huì)減小37％(Nature.2014,505(7483))。2015年，Gauthier等進(jìn)一步研究了超疏水平面上直徑高度為幾十至幾百微米級(jí)的長(zhǎng)條形脊柱狀結(jié)構(gòu)對(duì)液-固接觸時(shí)間的影響，發(fā)現(xiàn)即使液滴不破裂，液-固接觸時(shí)間也顯著減小(Nature Communications.2015,6(8001))。同年，Liu等還發(fā)現(xiàn)液滴撞擊超疏水平面上橫向放置的、直徑幾個(gè)毫米的長(zhǎng)條形圓柱狀結(jié)構(gòu)曲面也可降低液-固接觸時(shí)間(Nature Communications.2015,6(10034))。盡管上述長(zhǎng)條形脊?fàn)罨驒M向放置的圓柱狀結(jié)構(gòu)曲面可有效降低液-固接觸時(shí)間，但實(shí)際使用時(shí)大部分雨滴均不會(huì)滴落在脊?fàn)罨驁A柱狀結(jié)構(gòu)曲面上，應(yīng)用價(jià)值較低。2014年，Liu等觀察到水滴撞擊超疏水亞毫米級(jí)的錐柱和方柱陣列上會(huì)出現(xiàn)餅狀彈跳，液-固接觸時(shí)間減小80％。這種大面積的柱狀陣列結(jié)構(gòu)由于能保證雨滴均與之接觸，故應(yīng)用價(jià)值較大。Liu等研發(fā)出的超疏水錐柱和方柱陣列直徑約20μm～100μm，高度約800μm～1200μm，這種類型的結(jié)構(gòu)由于直徑過小且高徑比過大，目前只能用電火花線切割方法加工出。但電火花加工效率過低，加工2cm×2cm樣品需7～8個(gè)小時(shí)，難以實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化大面積加工。因此有必要研發(fā)能實(shí)現(xiàn)液滴餅狀彈跳但又適合大面積產(chǎn)業(yè)化加工的結(jié)構(gòu)并開發(fā)出液滴餅狀彈跳表面大面積加工的工藝。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種既能實(shí)現(xiàn)液滴餅狀彈跳又適合大面級(jí)產(chǎn)業(yè)化加工的結(jié)構(gòu)，并提供液滴餅狀彈跳表面大面積加工的工藝。本發(fā)明主要提出柱直徑0.8mm～1.25mm、柱間距0.25mm、柱高0.6mm～1.0mm的超疏水圓柱陣列也可實(shí)現(xiàn)液滴餅狀彈跳，并通過多孔陣列模板熱壓復(fù)制的方法實(shí)現(xiàn)液滴餅狀彈跳表面的大面積加工。

本發(fā)明的技術(shù)方案：

一種液滴餅狀彈跳的大尺寸超疏水圓柱陣列的熱壓加工方法，步驟如下：

(1)制備熱壓模具：加工直徑0.8mm～1.25mm、柱間距0.25mm、深為0.6mm～1.0mm的金屬基體陣列通孔，打磨清洗吹干得到熱壓模具；所述的金屬基體可為鋁、銅、模具鋼、不銹鋼；

(2)熱壓：基于制備的熱壓模具，使用聚合物板進(jìn)行熱壓，取出冷卻至室溫；所述的聚合物板可為PP板、PC板、PE板及PTFE板；

(3)取模：截?cái)鄰耐滓绯龅亩嘤嗟木酆衔锊牧现蟀文＜纯傻玫骄酆衔飯A柱陣列；