[發(fā)明專利]一種潤濕性可調(diào)控的超滑超雙疏表面及其油控和制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201911108364.0
• 申請日: 2019-11-13
• 公開（公告）號: CN111054610B
• 公開（公告）日: 2021-02-26
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 鐘敏霖;張紅軍;劉偉建
• 申請（專利權(quán)）人: 清華大學(xué)
• 主分類號: B05D5/00
• 分類號: B05D5/00;B05D5/06;B05D7/14;B05D3/00;B23K26/36;B23K26/362
• 代理公司: 北京鴻元知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11327
• 代理人: 邸更巖

1.一種潤濕性可調(diào)控的超滑超雙疏表面，其特征在于，該表面底層為超疏油-超疏水的超雙疏區(qū)，在超雙疏區(qū)的局部區(qū)域內(nèi)設(shè)有圖案化的超親油-超疏水的親疏區(qū)；所述的超雙疏區(qū)內(nèi)由微納米凹角結(jié)構(gòu)組成，其上修飾有十七氟癸基三甲氧基硅烷；所述的親疏區(qū)內(nèi)由微納米粗糙結(jié)構(gòu)組成，其上修飾有月桂酸；所述的親疏區(qū)的粗糙結(jié)構(gòu)的間隙被空氣填充時，為超疏水區(qū)，該超疏水區(qū)和超雙疏區(qū)組成的表面，呈潤濕性各向同性；所述的親疏區(qū)的粗糙結(jié)構(gòu)的間隙被油填充時為超滑區(qū)，該超滑區(qū)和超雙疏區(qū)組成的表面，呈潤濕性各向異性。

2.如權(quán)利要求1所述的一種潤濕性可調(diào)控的超滑超雙疏表面，其特征在于，所述的微納米凹角結(jié)構(gòu)由微米峰坑和納米顆粒團(tuán)簇組成；微米峰的高度為15-60微米，間距為15-100微米，微米坑處于微米峰的間隙位置，深度為15-60微米；納米顆粒團(tuán)簇的大小為10-1000納米，其雜亂地分布在微米峰坑上，微米峰坑表面有些區(qū)域凸出，有些區(qū)域凹陷。

3.如權(quán)利要求1或2所述的一種潤濕性可調(diào)控的超滑超雙疏表面，其特征在于：所述的親疏區(qū)為等寬條形圖案、“”形圖案和楔形圖案中的一種或幾種。

4.如權(quán)利要求3所述的一種潤濕性可調(diào)控的超滑超雙疏表面，其特征在于：

1)當(dāng)親疏區(qū)為等寬條形圖案，其條形寬度為20-1000微米時，且親疏區(qū)的粗糙結(jié)構(gòu)的間隙被油填滿時，則呈出現(xiàn)水稻葉式各向異性的潤濕性；若親疏區(qū)的粗糙結(jié)構(gòu)的間隙被空氣填滿時，則呈現(xiàn)荷葉式各向同性的潤濕性；

2)當(dāng)親疏區(qū)為“”形圖案，且“”形圖案的粗細(xì)為20-1000微米、分開角度為30-150°時，若親疏區(qū)的粗糙結(jié)構(gòu)的間隙被油填滿時，則呈現(xiàn)出蝴蝶翅膀式的定向粘附性；若親疏區(qū)的粗糙結(jié)構(gòu)的間隙被空氣填滿時，則呈現(xiàn)荷葉式各向同性的潤濕性；

3)當(dāng)親疏區(qū)為楔形圖案，楔形的角度為1-10°時，且親疏區(qū)的粗糙結(jié)構(gòu)的間隙被油填滿時，則呈現(xiàn)出仙人掌式的無泵運(yùn)輸特性；若親疏區(qū)的粗糙結(jié)構(gòu)的間隙被空氣填滿時，則呈現(xiàn)出荷葉式各向同性的潤濕性。

5.如權(quán)利要求4所述的一種潤濕性可調(diào)控的超滑超雙疏表面，其特征在于：所述親疏區(qū)的等寬條形圖案的寬度為50-500微米；所述的“”形圖案的粗細(xì)為50-500微米，分開角度為80-100°。

6.如權(quán)利要求1-5任一權(quán)利要求所述的一種潤濕性可調(diào)控的超滑超雙疏表面的油控方法，其特征在于所述方法包括：

1)將油滴加到所述的親疏區(qū)的粗糙結(jié)構(gòu)的間隙內(nèi)，使親疏區(qū)轉(zhuǎn)變?yōu)槌瑓^(qū)；

2)將油從所述的親疏區(qū)的粗糙結(jié)構(gòu)的間隙內(nèi)部去除，使其再次被空氣填充，使親疏區(qū)轉(zhuǎn)變?yōu)槌鑵^(qū)。

7.如權(quán)利要求6所述的一種潤濕性可調(diào)控的超滑超雙疏表面的油控方法，其特征在于，滴加油的方法采用滴管或注射器；去除油的方法有兩種，第一種是用有機(jī)溶劑沖洗表面的油；第二種是在常溫或加熱條件下讓油揮發(fā)，加熱溫度為40-90℃。

8.如權(quán)利要求1-5任一權(quán)利要求所述的一種潤濕性可調(diào)控的超滑超雙疏表面的制備方法，其特征在于該方法包括如下步驟：

1)用脈沖激光在金屬表面上燒蝕制備出規(guī)則排列的微納米凹角結(jié)構(gòu)；

2)對微納米凹角結(jié)構(gòu)的表面用十七氟癸基三甲氧基硅烷進(jìn)行修飾，該修飾過程為將激光處理過的表面與0.5-1g的十七氟癸基三甲氧基硅烷一起放入干燥箱中進(jìn)行加熱處理，加熱溫度為50-150℃，加熱時間為0.5-2小時，即得到超疏油-超疏水的超雙疏表面；

3)用脈沖激光在超雙疏表面上的局部區(qū)域內(nèi)進(jìn)行圖案化燒蝕，去除燒蝕區(qū)域內(nèi)的十七氟癸基三甲氧基硅烷修飾層，在超雙疏區(qū)內(nèi)部得到圖案化超親油-超親水區(qū)域；

4)將處理過的表面用月桂酸對圖案化超親油-超親水區(qū)域進(jìn)行局部修飾：將處理過的表面整體放進(jìn)質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.5-2％的月桂酸油溶液中浸泡0.5-2分鐘，再將其放入干燥箱中進(jìn)行加熱，加熱溫度為50-120℃，加熱時間為30-90min，使圖案化區(qū)域獲得超親油-超疏水的親疏特性，超雙疏區(qū)仍維持超雙疏特性，即在超雙疏區(qū)內(nèi)部獲得了親疏區(qū)。

9.如權(quán)利要求8所述的一種潤濕性可調(diào)控的超滑超雙疏表面的制備方法，其特征在于：所述月桂酸油溶液的溶劑為食用油或碳鏈長度為8-16的烴類物質(zhì)。