[發明專利]一種激光-電化學沉積制備仿生超疏水金屬表面的系統及方法

有效

• 申請號: 201811277219.0
• 申請日: 2018-10-30
• 公開（公告）號: CN109226973B
• 公開（公告）日: 2021-02-12
• 發明（設計）人: 顧秦銘;張朝陽;朱浩;徐坤;朱帥杰;蔣雯;王安斌
• 申請（專利權）人: 江蘇大學
• 主分類號: B23K26/362
• 分類號: B23K26/362;B23H3/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明公開了一種激光?電化學沉積制備仿生超疏水金屬表面的系統及方法，屬于仿生超疏水金屬表面制備領域。包括以下步驟：(1)通過激光燒蝕紋理化的方法，在金屬基板上構筑微米陣列結構；(2)通過電化學拋光，去除燒蝕過程中粘附在微米結構表面的納米顆粒、熔渣；(3)通過電化學沉積，在微米結構表面覆蓋密集分布的納米棱錐結構，制備出微納米復合結構。對比現有技術，本發明提供的制備超疏水金屬表面的方法，無需低表面能物質修飾，制備的金屬表面在低溫下也具有良好的疏水穩定性，并且可以應用于金屬斜面，拓寬了超疏水金屬表面的工業應用領域。

技術領域

本發明屬于仿生超疏水金屬表面制備領域，涉及到一種激光-電化學沉積制備仿生超疏水金屬表面的系統及方法。

背景技術

以荷葉為代表，自然界中有許多動植物(如水黽、槐榕浮葉等)的表面都具有超疏水特性。水的靜態接觸角大于150°，滑動角小于10°，水滴能在其表面輕易滾動，因而具有防水、自清潔等特殊性能。因此，基于生物仿生學的超疏水表面的制備方法備受關注。激光燒蝕紋理化金屬表面具有精度高、熱影響小、可控性好、污染小等優勢，已成為研究熱點之一；然而，金屬具有較高的表面自由能，是典型的固有親水材料，激光粗糙化表面會使其更親水，通常需要涂覆低表面能物質(如氟硅烷、硬脂酸等)降低金屬表面自由能。低表面能物質修飾層的熱穩定性和機械穩定性差，在惡劣的環境容易受到破壞；另外，低表面能物質還會影響金屬材料的固有屬性，如表面導熱性、導電性。因此，研究無需低表面能物質修飾的金屬超疏水表面制備方法是相當有意義的。

近年來，對無需低表面能物質修飾的仿生超疏水金屬表面制備方法，國內外學者進行了許多有意義的研究。康志新等學者提出將銅網分別做交流電的兩極，在含有C₂H₅NS、C₁₀H₁₄N₂Na₂O₈·2H₂O、CuSO₄·5H₂O的電鍍液中進行電沉積，經80～200℃高溫干燥，得到超疏水超親油銅網。劉燕等學者用激光燒蝕鋁合金表面，形成微柱陣列結構，再將該微柱陣列結構的鋁合金表面浸入CuCl溶液中進行表面刻蝕，使其表面形成微納米分層結構，最后對該表面進行退火處理，獲得超疏水特性。

上述內容提出的制備仿生超疏水金屬表面而無需低表面能物質修飾的不同方法，但超疏水金屬表面的商業應用需要一種可控的、低溫下穩定的且具有良好機械性能的超疏水金屬表面的制備方法。

發明內容

本發明為了解決上述技術存在的不足，提供了一種激光-電化學沉積制備仿生超疏水金屬表面的系統及方法。該方法首先進行激光燒蝕，在金屬表面構筑微米陣列結構，隨后電化學拋光后進行電化學沉積，在微米結構表面沉積出密集分布的納米棱錐結構，形成最終所需的微納米復合結構，在空氣中放置兩周后即可形成具有超疏水性的金屬表面；此方法靈活、可控，可以在大多數金屬表面構筑微納米復合結構，制備出超疏水金屬表面；并且，該金屬表面在低溫下也具有良好的疏水穩定性。

為實現上述發明目的，本發明通過以下技術方案實現：

一種激光-電化學沉積制備仿生超疏水金屬表面的系統及方法，包括如下制備步驟：

步驟一：搭建皮秒激光燒蝕、電化學拋光、電化學沉積連續加工系統；

步驟二：利用皮秒激光燒蝕方法，在待加工材料基板上進行紋理化，加工出微米陣列結構，紋理化的圖案是可以通過程序控制的任意形狀；

步驟三：利用電化學拋光方法，去除步驟二燒蝕過程中粘附在微米結構上的納米顆粒、熔渣；

步驟四：利用浸蝕方法，對步驟三電化學拋光后微米結構表面進行活化處理，提高微米結構表面活性，增強后續電化學沉積步驟中鍍層與微米結構的結合強度。