[發(fā)明專利]一種多功能仿生超疏水表面制備方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810809417.0
• 申請日: 2018-07-23
• 公開（公告）號: CN110743760A
• 公開（公告）日: 2020-02-04
• 發(fā)明（設計）人: 楊亮;姜中元
• 申請（專利權）人: 華芯科技(天津)有限公司
• 主分類號: B05D3/00
• 分類號: B05D3/00;B05D3/02;B05D5/00;B05D7/14;B05D7/24
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發(fā)明公開了一種多功能仿生超疏水表面制備方法。采用納秒激光，在脈沖激光燒蝕和沖擊的作用下在鈦合金表面制備出微米?納米分級結構；用低成本的聚硅氮烷復合涂層取代價格昂貴且對環(huán)境有害的氟碳化合物對微米?納米分級結構進行修飾，降低了金屬基體制備超疏水表面的成本。經納秒激光處理并修飾后鈦合金表面的疏水性大大提高。在聚硅氮烷復合涂層加入多種納米粒子使鈦合金的綜合性能得到提高，以加入改性ZnO納米粒子為例，不僅提高了鈦合金超疏水表面的耐腐蝕性能，而且對大腸桿菌的抑菌率也超過90％，另外還可以加入TiO₂、Fe₃O₄、碳納米管、石墨烯、金、銀多種顆粒提高鈦合金的綜合性能。

技術領域

本發(fā)明專利涉及一種超疏水表面制備方法，尤其是一種多功能仿生超疏水表面制備方法。

背景技術

仿生超疏水表面因具有良好的自清潔、流體減阻、防腐蝕、防冰以及防污損性能，在工業(yè)上展示出了較強的應用潛力，引起了人們的廣泛研究。超疏水表面的潤濕性由以下兩個因素共同決定：較低的表面能，以及表面的粗糙結構。研究表明在目前已知極低表面能物質的光滑固體表面，液滴的接觸角最高僅達到120°，遠達不到超疏水性的要求。然而引入微觀結構可顯著地提高固體表面非潤濕性能，表觀接觸角可達150°甚至更高。因此制備超疏水表面的關鍵是在固體表面構筑合適尺寸的微觀結構。目前隨著技術的不斷發(fā)展，出現(xiàn)了許多種在固體表面構建微觀結構的方法，例如細微加工技術、等離子體刻蝕技術、化學或者物理氣相沉積技術、化學刻蝕技術、溶膠凝膠技術、靜電紡絲技術及噴涂技術等。然而，這些技術存在著成本高、工藝復雜、耗時長、對環(huán)境有一定程度的污染等問題，嚴重制約著超疏水表面工業(yè)化制備及應用技術的發(fā)展。

激光作為一種新型的加工手段具有加工速度快、加工精度高、加工范圍廣以及環(huán)保等優(yōu)勢。通過激光控制固體表面潤濕性成為人們研究的熱點。目前已有的報導中，所用光源大多為飛秒激光，通過激光燒蝕，可以在絕大多數的材料表面制備出周期性微米-納米復合結構。申請?zhí)枮?01410788483.5的發(fā)明專利，提供了一種采用飛秒激光制備仿生超疏水微納表面的方法及裝置。但是飛秒激光成本高且制備速度相對較慢，限制了其在工業(yè)領域的大規(guī)模應用。

發(fā)明內容

針對目前飛秒激光制備仿生超疏水表面成本高、速度慢的問題，本發(fā)明采用納秒激光，在脈沖激光燒蝕和沖擊的作用下在鈦合金表面制備出微米-納米分級結構；用低成本的聚硅氮烷復合涂層取代價格昂貴且對環(huán)境有害的氟碳化合物對微米-納米分級結構進行修飾，降低了金屬基體制備超疏水表面的成本。經納秒激光處理并修飾后鈦合金表面的疏水性大大提高。在聚硅氮烷復合涂層加入多種納米粒子使鈦合金的綜合性能得到提高，以加入改性ZnO納米粒子為例，不僅提高了鈦合金超疏水表面的耐腐蝕性能，而且對大腸桿菌的抑菌率也超過90％，另外還可以加入TiO₂、Fe₃O₄、碳納米管、石墨烯、金、銀多種顆粒提高鈦合金的綜合性能。

本發(fā)明提出一種多功能仿生超疏水表面制備方法，包括

步驟一，采用納秒激光，在脈沖激光燒蝕和沖擊的作用下在鈦合金表面制備出微米-納米分級結構；

步驟二，用低成本的聚硅氮烷復合涂層對微米-納米分級結構進行修飾；

步驟三，在聚硅氮烷復合涂層加入多種納米粒子使鈦合金的綜合性能得到提高。

所述步驟一所說的納秒激光，是指中心波長為λ＝1064nm，平均功率為20W，重復頻率為20kHz，輸出能量為1mJ/脈沖，脈沖寬度為100ns。

所述步驟一所說的納秒激光制備微米-納米分級結構，是指納秒激光束受掃描振鏡系統(tǒng)控制可沿指定方向移動，用焦距為f＝80mm的掃描透鏡在樣品表面聚焦成Φ＝40μm的光斑，通過不同的掃描方式在鈦合金基體表面構建微米-納米結構。