[發明專利]一種加工液滴餅狀彈跳超疏水柱狀陣列的電鑄方法

在審

• 申請號: 201810385926.5
• 申請日: 2018-04-25
• 公開（公告）號: CN108441897A
• 公開（公告）日: 2018-08-24
• 發明（設計）人: 宋金龍;王聰;黃柳;王康;劉新;孫晶
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: C25D1/00
• 分類號: C25D1/00;C25D1/10
• 代理公司: 大連理工大學專利中心 21200
• 代理人: 溫福雪;侯明遠

本發明屬于微細電鑄加工技術領域，涉及一種加工液滴餅狀彈跳超疏水柱狀陣列的電鑄方法。金屬基底放入6mol/L的濃硫酸溶液進行酸蝕活化，再經去離子水超聲波清洗，進行預處理；在銅板基底上旋涂蠟制劑，放入干燥箱中先65℃預烘30～40min，再85℃前烘60min，冷卻至室溫后利用鉆頭加工出金屬陣列盲孔結構，得到電鑄芯模；以電鑄芯模為模板，以磷銅作為陽極，進行電鑄加工出柱狀陣列；將電鑄完成后的蠟制芯模在烘箱中加熱，蠟模全部熔化流失后，再在清洗劑中進行清洗；最后以低表面能材料的乙醇溶液進行修飾，取出后烘干即可得到超疏水圓柱陣列。本發明操作工藝簡單、可控性好、污染小、成本低、所制備的圓柱陣列尺寸大。

技術領域

本發明屬于微細電鑄加工技術領域，涉及一種加工液滴餅狀彈跳超疏水柱狀陣列的電鑄方法。

背景技術

凍雨是一種常見的自然災害，極易在固體表面附著結冰對人類的生產生活造成破壞，例如電線、飛機、風力渦輪機、制冷系統等，導致運行效率降低，在一些嚴重的情況下，還會造成死亡事故。機械除冰除霜方法耗時耗力，也會對結冰表面造成損傷。對此，研究人員不斷尋找更為有效的方法來抑制或延遲冰霜的形成。

超疏水表面具有較大接觸角和較小滾動角，液滴撞擊其上會產生彈跳現象，與普通表面相比可有效減少液-固接觸時間，在自清潔、抗結冰結霜、耐腐蝕、液滴定向運輸領域頗受關注。近幾年研究發現，具有特殊結構的超疏水表面可進一步減少液固接觸時間，尤其當液滴撞擊超疏水柱狀陣列上時會出現餅狀彈跳現象，可大幅減少液固接觸時間，在防凍雨抗結冰等方面意義重大。目前，制備可實現液滴餅狀彈跳的超疏水柱狀陣列的方法有很多。Liu等采用電火花線切割和化學溶液蝕刻的方法在銅板上加工出直徑約20μm～100μm，高度800μm～1200μm的超疏水錐狀陣列和方柱陣列，水滴撞擊后會出現餅狀彈跳，液-固接觸時間減少80％。(Liu,Y.,Moevius,L.,Xu,X.,Qian,T.,Yeomans,J.M.,&Wang,Z..NaturePhysics 2014，10,515-519)，然而，這種類型的結構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。但電火花加工效率過低，加工2cm×2cm樣品需7～8個小時，難以實現產業化大面積加工。Song等采用聚合物為基體通過模板法加工出直徑為0.8mm～1.25mm，高度為0.6mm～1.0mm柱狀陣列，再通過噴涂法使其表面超疏水獲得超疏水柱狀陣列。(Song,J.,Gao,M.,Zhao,C.,Lu,Y.,Huang,L.,&Liu,X.,et al.Acs Nano,2017，11，9259-9267)，這種方法雖然可以實現大面積加工，但是對于金屬材料不適用，且工藝比較復雜，需要使用強酸對模板進行溶解，會對環境造成污染。因此，有必要開發一種新的安全、環保、加工過程簡單且適合在金屬材料上大面積加工的工藝來制備可實現液滴餅狀彈跳的超疏水柱狀陣列的方法。

發明內容

本發明提出了一種加工液滴餅狀彈跳超疏水柱狀陣列的電鑄方法，不僅可實現金屬基底上液滴餅狀彈跳，而且又適合大面積產業化加工的工藝。本發明主要提出柱直徑0.5mm～1.5mm，柱間距0.25mm，高度為0.8mm～1.0mm的超疏水圓柱陣列也可實現液滴餅狀彈跳，并提出以石膏或蠟為芯模進行電鑄加工餅狀彈跳超疏水柱狀陣列的方法。

本發明的技術方案：

一種加工液滴餅狀彈跳超疏水柱狀陣列的電鑄方法，步驟如下：

(1)金屬基底預處理：先將金屬銅板清洗除油，然后將其放入6mol/L的濃硫酸溶液進行酸蝕活化，再經去離子水超聲波清洗，吹干；刻蝕時間不少于3min；

(2)制備電鑄芯模：首先在銅板基底上旋涂蠟制劑，然后將其放入干燥箱中先利用65℃預烘30～40min，再利用85℃前烘60min，使蠟制劑緊密附著在銅板基底上，冷卻至室溫后利用鉆頭在蠟制劑表面加工出金屬陳列盲孔結構，經打磨、清洗及吹干后得到電鑄芯模；所述的旋涂蠟制劑厚度為0.5～2mm；所述的芯模材料為石蠟、蜂蠟、石膏、光刻膠中的一種或多種混合；