[发明专利]一种具有浸润各向异性的不锈钢超疏水表面的制备方法

说明书

本发明公开了一种具有浸润各向异性的不锈钢超疏水表面的制备方法，属于仿生超疏水金属表面技术领域，该方法通过微沟槽结构的构建、脱脂处理、活化处理和亚微米和纳米结构的构建步骤，最后置于空气中一段时间，使其表面已经沉积的金属微纳米颗粒变成对应的氧化物微纳米颗粒，最终得到一种具有各向异性分布的微纳米复合结构的不锈钢超疏水表面。本发明制备方法比较新颖、工艺简单、结构容易控制、成本低，具有广阔的应用前景。

技术领域

本发明属于仿生超疏水金属表面制备领域，具体涉及一种具有浸润各向异性的不锈钢超疏水表面的制备方法。

背景技术

浸润的各向异性是一种特殊的超疏水浸润性能，这是由于生物体中特殊的各向异性的微纳米复合结构导致的，从而赋予结构表面特殊的浸润性能。水稻叶表面的微乳突的排列呈现各向异性，水稻叶表面的微纳米复合结构使得表面的水滴处于Cassie态，从而使得液滴在平行于叶片边缘可以自由滑动，但在垂直方向上，微沟槽形成的能垒阻碍水滴的运动。受此启发，越来越多的科技工作者不断模仿水稻叶表面结构(带有亚微米和纳米分级结构的准一维微乳突结构)，并且把这种各向异性的微纳米结构及其特性运用到实际的生活生产中，例如自清洁涂层、液滴的定向运输和定向微流体装置等。

近年来，对浸润各向异性的不锈钢超疏水表面的表面制备方法，国内外学者进行了许多有意义的研究。中国专利“一种具有润湿各向异性的纯铜超疏水表面”，专利公开号为CN106757224A提出：将铜箔放在镀液中进行预处理，再用物理刻蚀的方法对铜箔进行刻蚀，接着用低表面能物质进行修饰，最后得到具有微米、亚微米、纳米分级结构的各向异性润湿纯铜超疏水表面。中国专利“一种铝材各向异性超疏水表面及其制备方法”，专利公开号为CN105369243A提出：用硬质粗糙材料对铝材进行定向粗磨和细磨，随后在弱碱性沸水浸泡处理，最后用低表面能物质修饰，得到各向异性超疏水表面。

激光烧蚀纹理化金属表面具有精度高、热影响小、可控性好、污染小等优势，制备微米级结构效率高，但是不能制备纳米级结构；此外，电化学沉积工艺过程简单、成本低廉、可控性好等优势，已成为研究热点之一，可以很好地制备纳米级结构，但是不能快速制备指定的微米级结构。因此，急需开发出一个简单、高效、可控的、低成本的具有浸润各向异性的金属基超疏水表面的制备方法。

发明内容

针对现有技术中存在不足，本发明提供了一种具有浸润各向异性的不锈钢超疏水表面的制备方法。该方法首先利用皮秒激光进行烧蚀，进行微沟槽阵列的构建，随后进行脱脂处理，以除去试样表面的油污、残渣等，紧接着进行活化处理去除表面的氧化层，然后利用电化学沉积的方法进行亚微米和微米结构的构建，最后在空气放置一定的时间后，表面会生成对应的金属氧化物，从而形成具有各向异性的不锈钢超疏水表面；并且，在酸性和碱性环境下也具有良好的浸润各向异性的稳定性。

本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。

一种具有浸润各向异性的不锈钢超疏水表面制备方法，包括如下步骤：

微沟槽结构的构建：利用皮秒激光烧蚀的方法，在待加工材料基板上进行纹理化，加工出微沟槽表面结构；

脱脂处理：把加工过的试样放在NaOH、Na₂CO₃、Na₃PO₄·12H₂O、NaSiO₃·9H₂O的水溶液组成的脱脂溶液中进行超声清洗，吹干后再用去离子水清洗，再次吹干后备用；

活化处理：对脱脂处理过的微沟槽表面去除氧化层；