[發(fā)明專利]一種穩(wěn)定超疏水自清潔表面及其雙光束干涉法的制備方法

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• 申請日: 2019-04-12
• 公開（公告）號: CN111805089A
• 公開（公告）日: 2020-10-23
• 發(fā)明（設計）人: 劉思思;武云文;張錦洪;李峰;劉金剛;姜勝強;廖君慧
• 申請（專利權(quán)）人: 湘潭大學
• 主分類號: B23K26/352
• 分類號: B23K26/352;B23K26/60;B23K26/70;B23K103/10
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本發(fā)明提供了一種穩(wěn)定超疏水自清潔表面及其雙光束干涉法的制備方法，將拋光、清洗后的鋁合金樣品固定在加工平臺上，采用兩個相干激光束干涉疊加的雙光束干涉法對鋁合金樣品表面進行燒蝕，得到具有周期性可控化尺寸微納復合結(jié)構(gòu)的鋁合金樣品，最后將鋁合金樣品浸入硬脂酸溶液種進行表面修飾處理，得到一種穩(wěn)定超疏水自清潔鋁合金表面。本發(fā)明將雙光束干涉法與表面修飾結(jié)合，制備出一種穩(wěn)定超疏水自清潔表面，通過改變雙光束激光干涉的光學參數(shù)，調(diào)整被雙光束干涉材料表面微納復合結(jié)構(gòu)的參數(shù)，控制微納復合結(jié)構(gòu)的周期性尺寸和微結(jié)構(gòu)形狀尺寸，更好的滿足超疏水性能和適應自清潔功能的要求。

技術(shù)領域

本發(fā)明屬于對仿生超疏水自清潔表面處理技術(shù)領域，具體涉及一種穩(wěn)定超疏水自清潔表面及其雙光束干涉法的制備方法。

背景技術(shù)

鋁合金因其具有良好的物理化學性能，在生活及工業(yè)領域得到了廣泛使用。但是普通的鋁合金表面呈親水性：例如當水聚集在其表面時，水滴不容易滾落，在低溫下，其表面容易發(fā)生結(jié)冰、結(jié)霜等現(xiàn)象，在生活及工業(yè)的實際應用領域帶來諸多不便。近年來，仿生學不斷發(fā)展，研究人員受荷葉自清潔機理的啟發(fā)，制作穩(wěn)定的仿生自清潔超疏水表面。通過對荷葉表面研究發(fā)現(xiàn)，荷葉表面除了覆蓋著一層表面能較低的植物蠟外，蠟質(zhì)層下的微觀結(jié)構(gòu)對其超疏水自清潔功能的起主要作用。這種微觀結(jié)構(gòu)是由微米級和納米級乳突構(gòu)成。研究證明，正是這種微納復合結(jié)構(gòu)使荷葉表面具有大的接觸角和很好的超疏水性，于是科研人員針對材料表面的超疏水的研究也日益廣泛深入。我們認為只要構(gòu)造合適的仿生微納復合結(jié)構(gòu)，再通過對微納復合結(jié)構(gòu)表面進行低表面能處理，我們也能獲得類荷葉一樣的具有很好超疏水性能和自清潔功能的表面。

在研究中，通常用靜態(tài)接觸角θ來判斷固體表面的親疏水性（即濕潤性），當θ=0°時，固體表面被完全濕潤，具有超親水性；當θ90°時，固體表面部分被浸潤，具有親水性；當θ150°時，固體表面不易被浸潤，具有疏水性；當θ150°時，固體表面的液體呈球狀，完全不被浸潤，具有超疏水性。

目前，制備超疏水表面的主要方法包括：激光法、陽極氧化法、溶膠-凝膠法等。其中激光法屬于無接觸制備，并且高能量激光束的能量及其移動速度均可調(diào)，因此可以實現(xiàn)多種制備的目的，所以激光輔助超疏水表面制備技術(shù)被越來越多的應用到金屬材料表面。專利201510281694.5采用短脈沖激光在鋁合金超疏水表面制備微織構(gòu)，然后放入電熱干燥箱中進行烘烤得到表面具有微納復合結(jié)構(gòu)的超疏水自清潔表面。專利CN201611094510.5采用激光打標機制備鋁合金表面微結(jié)構(gòu)，與硅烷化處理技術(shù)相結(jié)合的方法實現(xiàn)超疏水表面。上述激光表面結(jié)構(gòu)制備技術(shù)成熟，工藝相對簡單，但是都是基于單光束激光直寫制備的方法，本質(zhì)上受光學衍射極限限制，即便是使用理想的光學透鏡，焦點尺寸最小也約為光波長的一半，因而制備分辨率也受到限制，也無法保證微納復合結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，也無法實現(xiàn)更高精度和更高分辨率的制備。而對應于各領域的不同應用需求來說，提高微納復合結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，線寬及分辨率的提高無疑也會更具有吸引力。

如何解決單光束激光直寫制備方法受光學衍射極限限制，無法實現(xiàn)更高精度和更高分辨率的制備，如何增強超疏水表面穩(wěn)定性，提出一種基于雙光束干涉原理的激光直寫制備技術(shù)的高精度、高分辨率的制備方法，是目前科研工作者亟待解決的問題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種穩(wěn)定超疏水自清潔表面及其雙光束干涉法的制備方法，克服現(xiàn)有方法不足而提出的一種能精確控制微納結(jié)構(gòu)尺寸范圍，不破壞結(jié)構(gòu)功能穩(wěn)定性，制備效率高的一種穩(wěn)定超疏水自清潔表面的制備方法。

本方法的技術(shù)方案是：