[发明专利]基于飞秒激光和温控时效综合调控制备超疏水表面的方法

说明书

一种基于飞秒激光和温控时效综合调控制备超疏水表面的方法，先采用纯铝或2024铝合金基底作为加工对象；然后搭建飞秒激光微纳加工光学系统，利用集成控制系统调控飞秒激光器输出高斯激光，将纯铝或2024铝合金基底固定于剪式升降台加工位点上，通过集成控制系统控制飞秒激光器和二轴扫描振镜系统综合调控激光重复频率等参数，以交叉扫描的方式获得实现超疏水功能性表面的微纳多级复合阵列结构；在获得微纳多级复合阵列结构的基础上，通过综合调节温度和温控时效时间以实现低表面能修饰，实现纯铝或2024铝合金超疏水极端浸润性功能表面的制备；本发明能够高质量制备稳定且可控性较好的超疏水表面，具有制备简单、成本低廉、工艺可控性优良的优点。

技术领域

本发明涉及超疏水表面调控制备技术领域，具体涉及一种基于飞秒激光和温控时效综合调控制备超疏水表面的方法。

背景技术

超疏水是一种特殊的极端浸润性，其起源于“荷叶效应”，是指水滴与表面的静态接触角大于150°。超疏水表面的制备与应用一直是研究的热点，其在生产生活中有着广泛的应用前景，如抗结冰、自清洁、油水分离以及细胞工程等方面。

目前，对于超疏水表面的制备技术主要包括涂覆法、模板法和刻蚀法等三种。其中模板法和涂覆法制备时间短、成本相对较低，但稳定性和耐磨性较差、工艺流程过于复杂、易造成环境污染与资源的浪费。刻蚀法主要包括物理中的激光蚀刻和模板蚀刻、化学中的电化学沉积和化学蚀刻等，这些方法获得超疏水性能的原理可以归结为通过获得多级微纳复合结构以改变粗糙度和通过化学修饰手段以降低表面能等两点；相应地，刻蚀法结合化学修饰手段所形成的超疏水表面低表面修饰层通常是采用低表面能溶剂浸泡或者等离子体刻蚀机来形成的，但经过此方法所形成的低表面修饰层往往存在可控性差，抗酸碱、有机溶剂和紫外线辐照能力较差，成本相对昂贵以及使用寿命较短等缺点，尤其对于拥有广泛用途的金属材料而言，上述缺点所带来的影响更加显著。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种基于飞秒激光和温控时效综合调控制备超疏水表面的方法，能够有效地辅助飞秒激光微纳加工技术调控材料表面浸润性，高质量制备稳定且可控性较好的超疏水表面，具有制备简单、成本低廉、工艺可控性优良的优点。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种基于飞秒激光和温控时效综合调控制备超疏水表面的方法，包括以下步骤：

1）采用纯铝或2024铝合金基底作为加工对象；

2）搭建飞秒激光微纳加工光学系统，飞秒激光微纳加工光学系统包括防震平台1，防震平台1上布置有飞秒激光器2、全反射镜组3、扩束系统4、二轴扫描振镜系统5以及集成控制系统7，飞秒激光器2输出高斯光束依次经过全反射镜组3、扩束系统4和二轴扫描振镜系统5聚焦在剪式升降台6上，剪式升降台6设置在防震平台1下方，飞秒激光器2、二轴扫描振镜系统5分别与集成控制系统7相连接；

3）利用集成控制系统7调控飞秒激光器2输出高斯激光，激光的波长为1030nm、脉宽为240fs、重复频率为1-200KHz可调，激光功率为2.50-2.60W可调；

4）将纯铝或2024铝合金基底固定于剪式升降台6加工位点上，通过集成控制系统7控制飞秒激光器2和二轴扫描振镜系统5综合调控激光重复频率、扫描速度、激光扫描间距以及扫描次数等参数，以交叉扫描的方式获得实现超疏水功能性表面的微纳多级复合阵列结构；

5）在获得微纳多级复合阵列结构的基础上，利用恒温干燥箱进行辅助低表面能修饰手段的实现，将已获得微纳多级复合阵列结构的纯铝或2024铝合金基底置于恒温干燥箱的温控隔板上，通过综合调节温度和温控时效时间以实现低表面能修饰，最终实现纯铝或2024铝合金超疏水极端浸润性功能表面的制备。

所述的步骤2）中聚焦在剪式升降台6加工位点上的激光光斑直径为30~35μm。