[發(fā)明專利]一種水中氣泡調(diào)諧用鈦片及其加工方法和使用方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810075754.1
• 申請(qǐng)日: 2018-01-26
• 公開（公告）號(hào): CN108356409A
• 公開（公告）日: 2018-08-03
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 吳思竹;李傳宗;呂曉東;吳東;焦云龍
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 合肥工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): B23K26/00
• 分類號(hào): B23K26/00;B23K26/364;B23K26/60;B01J21/06
• 代理公司: 安徽合肥華信知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 34112
• 代理人: 余成俊

本發(fā)明公開了一種水中氣泡調(diào)諧用鈦片，包括鈦片基材，鈦片基材表面有微凸臺(tái)陣列，每個(gè)微凸臺(tái)都有微米級(jí)的微錐，微錐表面及周圍有納米級(jí)的粗糙結(jié)構(gòu)。原始的鈦基材表面具有親水特性，經(jīng)過飛秒激光交叉掃線后使表面產(chǎn)生粗糙結(jié)構(gòu)，表面會(huì)變成超親水。本發(fā)明主要利用鈦材料在空氣中的親疏水特性和二氧化鈦對(duì)光的敏感特性來(lái)實(shí)現(xiàn)水中氣泡的親疏調(diào)節(jié)，將鈦片基材用不透光的金屬鋁箔包住，加熱40分鐘后表面變成超疏水的狀態(tài)，再將鈦片基材泡在酒精里用紫外燈照射，又會(huì)恢復(fù)到一開始的超親水狀態(tài)。本發(fā)明在基于環(huán)境友好的基礎(chǔ)上，采用飛秒激光直接進(jìn)行交叉掃線處理，快速方便，所需過程簡(jiǎn)化，并且氣泡親疏調(diào)諧的過程可以重復(fù)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及鈦片領(lǐng)域，具體是一種水中氣泡調(diào)諧用鈦片及其加工方法和使用方法。

背景技術(shù)

水下氣泡浸潤(rùn)性由于其在工業(yè)生產(chǎn)和日常生活中的重要應(yīng)用而引起了廣泛的關(guān)注，比如污水處理，回收礦物顆粒和提高海洋傳熱等。了解氣泡在液體介質(zhì)中的行為是實(shí)現(xiàn)氣泡可操縱性的關(guān)鍵。西交大的雍佳樂博士利用飛秒激光在PDMS表面誘導(dǎo)出粗糙結(jié)構(gòu)，再利用機(jī)械鉆孔的方式制作出微孔陣列，最后利用氧等離子體修飾改變PDMS表面的親疏水特性，從而實(shí)現(xiàn)水下氣泡的浸潤(rùn)狀態(tài)轉(zhuǎn)變。但是，樣品制作和調(diào)諧過程比較復(fù)雜，所以，本發(fā)明受到二氧化鈦光催化特性的啟發(fā)，將鈦基材與飛秒激光相結(jié)合，一步誘導(dǎo)出粗糙微納結(jié)構(gòu)。并且，具有調(diào)諧過程可逆，調(diào)諧時(shí)間短，可重復(fù)多次調(diào)諧的優(yōu)點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種水中氣泡調(diào)諧用鈦片及其加工方法和使用方法，以達(dá)到鈦片能夠?qū)崿F(xiàn)水中氣泡調(diào)諧的目的。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案為：

一種水中氣泡調(diào)諧用鈦片，其特征在于：包括鈦片基材，鈦片基材表面加工有整齊的微凸臺(tái)陣列，微凸臺(tái)陣列中每個(gè)微凸臺(tái)的四個(gè)角都有一個(gè)微米級(jí)的微錐，并且在微錐表面及微錐周圍有納米級(jí)的粗糙結(jié)構(gòu)，由微凸臺(tái)陣列、微錐和粗糙結(jié)構(gòu)，使鈦片基材表面具有經(jīng)過處理后可在超親水狀態(tài)和超疏水狀態(tài)之間切換的特性。

所述的一種水中氣泡調(diào)諧用鈦片，其特征在于：所述鈦片基材選用濃度在99.9％以上的工業(yè)純鈦，純度優(yōu)選99.95％，厚度為200μm。

一種水中氣泡調(diào)諧用鈦片的加工方法，其特征在于：包括以下步驟：

(1)、清洗鈦片基材表面，以去除有機(jī)雜質(zhì)得到干凈的鈦片基材；

(2)、采用飛秒激光器對(duì)步驟(1)清洗后的鈦片基材表面進(jìn)行交叉掃線加工，使鈦片基材表面形成微凸臺(tái)陣列，同時(shí)，由于激光的燒蝕作用，溝槽的內(nèi)部物質(zhì)飛濺出來(lái)并堆積在微凸臺(tái)周圍形成微錐以及微錐表面的粗糙結(jié)構(gòu)。

所述的一種水中氣泡調(diào)諧用鈦片的加工方法，其特征在于：步驟(1)中，首先采用丙酮溶液超聲清洗鈦片基材表面，去除表面的有機(jī)雜質(zhì)；再用乙醇溶液超聲清洗鈦片基材表面，去除丙酮溶液；最后用去離子水超聲清洗鈦片基材表面，去除乙醇溶液，得到干凈的鈦片基材。

所述的一種水中氣泡調(diào)諧用鈦片的加工方法，其特征在于：步驟(2)中，飛秒激光器中心波長(zhǎng)為800nm，脈寬為104fs，重復(fù)頻率為1KHz，飛秒激光器的加工參數(shù)為：掃描速度為1mm/s，線與線的間隔為80μm，激光功率為450mw。

一種水中氣泡調(diào)諧用鈦片的使用方法，其特征在于：將鈦片基材的表面在黑暗環(huán)境中進(jìn)行高溫加熱處理，得到超疏水的低表面能狀態(tài)的鈦片基材表面；

再將低表面能的鈦片基材浸泡在酒精中，同時(shí)用紫外燈進(jìn)行照射，又可以將鈦片基材表面恢復(fù)到之前的超親水的高表面能狀態(tài)。

所述的一種水中氣泡調(diào)諧用鈦片的使用方法，其特征在于：用30mm厚的鋁箔包住鈦片基材，使鈦片基材的表面處于黑暗環(huán)境中，然后在200℃的環(huán)境下加熱40分鐘，得到超疏水的低表面能狀態(tài)的鈦片基材表面。