[发明专利]一种不锈钢超疏水-超亲水表面及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种不锈钢超疏水‑超亲水表面，在不锈钢表面分布有多个子阵列，每个所述子阵列中多个超疏水区和多个超亲水区呈楔形或三角形交替排列，每个所述子阵列之间分布有超亲水汇集区。本发明中超疏水表面具有优异的超疏水性能，液滴粘附性非常小，极易滚落；而超亲水区会将液滴吸附，楔形或三角形的超亲水区顶端的液滴会在楔形或三角形产生的普拉斯压力驱动下，自动朝楔形或三角形底部快速运动，与其交替排列超疏水区会排斥液滴的定向运输，两者相互协同作用，使冷凝小液滴不断的汇集到亲水汇集区，实现高集中度自驱动集水，加速液滴的脱落，从而加快冷凝传热效率。本发明提供了一种不锈钢超疏水‑超亲水表面的制备方法及其应用。

技术领域

本发明涉及金属基材表面改性技术领域，具体涉及一种不锈钢超疏水-超亲水表面及其制备方法和应用。

背景技术

在很多重要的应用中，例如热量的传递、海水淡化、集水等，水蒸气的凝结都是非常重要的一个过程。在固体表面，冷凝过程包括滴状冷凝和膜状冷凝，冷凝方式取决于冷凝表面的润湿性。滴状冷凝能够大幅度提高热传导的效率，研究显示，相对于膜状冷凝，滴状冷凝的传热效率可以提高10倍以上。

冷凝设备是一种用于促成冷凝作用的设备，它主要利用热交换原理使蒸汽冷却凝结为液体。较常见的冷凝设备如冷凝管，由于冷凝管直径有限，高温气体或液体流经内管接触面积也有限，以致使热交换不充分，最终冷凝效率不高，若使传热设备的尺寸增大，则会大幅度增加冷凝成本。此外，传统的冷凝设备主要使用玻璃、金属或合金等材料制备，这些材料的表面表现为亲水性(本征接触角小于90°)，不利于表面凝结液滴的脱落。因此，对于持续滴状冷凝过程而言，冷凝液滴不润湿表面以及能够在不增加传热设备的尺寸时，使冷凝液滴快速脱离表面是提高冷凝效率的关键。

超疏水表面，一般是指与水的接触角大于150°的表面，液滴在这种表面以超疏水的Cassie态存在，这种状态下，水滴在很小的倾斜角下就容易脱附，可以保持表面的滴状冷凝特性。目前，随着对金属和合金材料的表面改性越来越普遍，对超疏水表面的研究也较为广泛。例如：专利CN201710134468中公开了一种空气环境下激光选择性熔化金属纳米颗粒溶液增材制造疏水表面的方法，改发明方法需要化学辅助，且金属纳米颗粒铺展难以均匀导致激光熔覆质量不稳定，加工效率不高；专利CN201710017934中公开了激光制备金属仿生超疏水表面，将样品激光处理一遍后，平面旋转90°再处理第二次，即类似网格加工，加工步骤中旋转不严谨，使得样品没有标准统一。然而以上几种方法制得的超疏水表面只能防止液滴在表面凝结，而不能使冷凝液滴快速脱离表面，对冷凝设备冷凝效率的提高非常有限。

有鉴于此，提供一种能使冷凝液滴快速脱离的表面及其制备方法，对提高冷凝效率、降低能耗具有重要的意义。

发明内容

本发明第一方面的目的在于克服上述技术不足，提出一种不锈钢超疏水-超亲水表面，该表面能汇集液滴，使液滴快速脱离表面；本发明第二方面的目的在于，提供一种不锈钢超疏水-超亲水表面的制备方法；本发明第三方面的目的在于，提供一种不锈钢超疏水-超亲水表面的应用。

为达到上述技术目的，本发明的技术方案提供一种不锈钢超疏水-超亲水表面，在不锈钢表面分布有多个子阵列，每个所述子阵列中多个超疏水区和多个超亲水区呈楔形或三角形交替排列，每个所述子阵列之间分布有超亲水汇集区。

本发明的技术方案还提供了一种不锈钢超疏水-超亲水表面的制备方法，包括如下步骤：

S1.利用脉冲激光扫描将预处理后的不锈钢表面加工成超亲水表面；

S2.将所述超亲水表面经过烘烤，得到超疏水表面；

S3.用脉冲激光扫描在所述超疏水表面加工出多个超疏水区和多个超亲水区呈楔形或三角形交替排列的子阵列，每个所述子阵列之间分布有超亲水汇集区，即得超疏水-超亲水表面。