[发明专利]一种自清洁的水滴单向滚动超疏水表面的制备方法

说明书

一种自清洁的水滴单向滚动超疏水表面的制备方法，步骤如下：(1)、在铝合金圆盘进行抛光处理去除表面氧化物膜得到亲水金属表面，通过化学腐蚀生成表面微纳粗糙结构；(2)采用硬脂酸进行低表面能的修饰，形成超疏水表面；(3)通过高精度纳秒激光在步骤(2)所制备的超疏水表面上标刻出亲水轨道，使得液滴在超疏水表面上沿着亲水轨道在重力作用下进行单方向滚动；本发明亲水轨道密布整个超疏水表面，间隔0.5mm的轨道排布方案在平行和垂直与轨道方向的接触角差值高达60°，最有利于液滴沿平行于轨道方向进行滚动而在垂直于轨道方向受到阻碍；同时本发明也可以采用不同曲率半径的圆弧构成的弯曲轨道，以实现不同方向的液滴滚动。

技术领域

本发明属于金属超疏水表面制备及改性优化技术领域，具体涉及一种自清洁的水滴单向滚动超疏水表面的制备方法。

技术背景

超疏水表面(接触角大于150°)可以实现水滴在表面的快速滚动和脱附，这对于表面自清洁、防结冰等具有重要意义。超疏水表面在工程中具有很多方面的应用，如减小阻力、防止表面结冰、表面自清洁等，具有极高的价值和十分广阔的应用前景，液滴在超疏水表面上的运动、引导和控制已成为各方研究和应用的热点。单向引导液滴运动，使液滴沿特定方向流动或滚动，对于自清洁表面，可以有效地把污染物颗粒带到特定的区域，这对于减少水用量，提高清洁效率具有重要的意义。

润湿性体现了表面对液滴的吸附能力，通过改变特定区域表面润湿性，从而实现特定的功能，在工程中具有广泛的应用前景。化学修饰和制造表面微纳米结构是改变润湿性的两种主要方法。前者主要通过引入亲水或疏水官能团对材料表面进行修饰，改变表面自由能，从而影响材料表面的本征接触角。后者主要是通过不同的表面结构制备方法，改变表面的粗糙度或形成微观复合表面，从而改变表征接触角。但是采用现有方式所得到定向引导结构对液滴在超疏水表面的滚动行阻力较大，或者平行方向与垂直方向滚动角差值较小，而且现有技术也缺少能够覆盖整个超疏水表面的引导结构。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺陷，本发明的目的是提供一种自清洁的水滴单向滚动超疏水表面的制备方法，通过密布表面的亲水轨道对液滴单向滚动进行引导，以达到其表面单向自清洁功能。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种自清洁的水滴单向滚动超疏水表面的制备方法，包括以下步骤：

(1)、在铝合金圆盘表面进行抛光处理去除表面氧化物膜，得到亲水金属表面，通过化学腐蚀生成表面微纳粗糙结构；

(2)、采用硬脂酸进行低表面能的修饰，形成超疏水表面；

(3)、通过高精度纳秒激光在步骤(2)所制备的超疏水表面上标刻出亲水轨道，使得液滴在超疏水表面上沿着亲水轨道在重力作用下进行单方向滚动。

所述的亲水轨道宽度为20μm。

所述的亲水轨道深度为30μm-50μm。

所述的亲水轨道在表面上密集覆盖的排布间隔为0.5mm，该排布间隔为水滴单向滚动超疏水表面最佳排布间隔。

所述的亲水轨道为平行线或曲线轨道。

所述的超疏水表面的粗糙微纳结构基体采用NaOH化学腐蚀的方法进行加工，具体步骤是将打磨及抛光后的铝合金圆盘置于100mL1mol/L的NaOH溶液中进行表面腐蚀，反应环境为室温，反应时间为120min。

所述的采用硬脂酸进行低表面能的修饰，具体步骤是将表面已经产生粗糙微纳结构的铝合金圆盘放入100mL 1mmol/L硬脂酸的乙醇-水溶液中，乙醇和水的体积比为1：1，密闭反应容器，保持溶液温度60℃，浸泡40h，然后将铝合金圆盘拿出至于真空干燥箱中在60℃下加热固化2小时后，使其自然冷却。