[发明专利]一种润湿梯度结构激光表面微纳加工装置及加工工艺

说明书

本发明提供了一种润湿梯度结构激光表面微纳加工装置及加工工艺，包括反应容器、PDMS溶液输送系统、超亲水试剂输送系统和激光加工系统；所述反应容器内安装加热系统，所述反应容器内安装温度传感器；所述反应容器底部分别设有第一搅拌系统和干燥系统；所述反应容器内设有夹具；所述夹具位于第一搅拌系统上方；第一进水口与超亲水试剂输送系统连通，第二进水口与PDMS溶液输送系统连通，第二进水口上安装旋转喷头，用于对基板旋涂PDMS溶液；所述激光加工系统用于激光刻蚀基板，所述激光加工系统用于将PDMS膜的一个表面亲水性转变为疏水性。本发明利用激光加工后的基板上的微纳粗糙结构，结合PDMS的自身材料性能制备超疏水双面膜。

技术领域

本发明涉及金属材料表面改性技术领域，特别涉及一种润湿梯度结构激光表面微纳加工装置及加工工艺。

背景技术

随着社会的发展与人口增长，淡水资源的短缺问题变得日益严峻，如今，海水淡化、废水处理被视为回收淡水的有效办法，但存在能耗大、效率低、工艺复杂等问题。雾水收集是指将空气中含有的隐性水资源转化为显性可利用水资源，是一种环保、低成本及可持续的缓解淡水稀缺的方法。在自然界，浓雾中蕴含着丰富的淡水资源，此外，人类生产活动带来的水分蒸发问题同样产生了大量的水雾。在海洋，沙漠等恶劣环境中，雾滴沉积在网状结构上，当增长到临界尺寸时，自身重力大于粘附力，就会从网状物上脱落从而实现收集。如今，已有大量网状结构投入到雾水收集中捕获雾滴，但网状结构孔太大不能有效捕获悬浮的微米级雾滴，网状结构孔太小会导致结构堵塞，影响收集效率。因此，通过有效的结构捕集空气中的水雾，更好实现淡水资源的有效利用。

皮秒激光可以有效地用于微/纳米制造，且制造过程简单、价格低廉、方便快捷，制备出的微纳结构灵活可调。

现有技术公开了一种基于双梯度锥形孔阵列的复合结构膜及其制备方法，在铝箔上采用激光打孔，然后用氟化处理最后再用激光扫描完全去除下表面氟化区域制备超疏水膜(Janus膜)。该方案在超疏水面雾气冷凝效果较差，并且超亲水面对水的粘附力较大，水滴不容易滴落。

现有技术公开了一种基于喷涂的用于高效收集水雾的混合亲疏水材料表面的制备方法，利用不锈钢网结合多种化学试剂进行制备超疏水表面，该方案采用氟化硅等化学试剂进行修饰产生污染，且步骤繁多，操作不易。

发明内容

针对现有技术中存在的不足，本发明提供了一种润湿梯度结构激光表面微纳加工装置及加工工艺，利用激光加工后的基板上的微纳粗糙结构，结合PDMS的自身材料性能制备超疏水双面膜，与使用化学方法和激光辅助加工方法相比，本发明方法工艺简单、技术成熟、加工效率高且绿色环保。

本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。

一种润湿梯度结构激光表面微纳加工装置，包括反应容器、PDMS溶液输送系统、超亲水试剂输送系统和激光加工系统；

所述反应容器内安装加热系统，用于加热反应容器，所述反应容器内安装温度传感器；所述反应容器底部分别设有第一搅拌系统和干燥系统；所述反应容器内设有夹具，用于装夹基板或PDMS膜；所述夹具位于第一搅拌系统上方；所述反应容器上设有第一进水口、第二进水口和出水口，所述第一进水口与超亲水试剂输送系统连通，所述第二进水口与PDMS溶液输送系统连通，所述第二进水口上安装旋转喷头，用于对基板旋涂PDMS溶液；所述出水口与排污系统连通；所述激光加工系统用于激光刻蚀基板，所述激光加工系统用于将PDMS膜的一个表面亲水性转变为疏水性。

进一步，所述反应容器内的第一搅拌系统上方设有隔层，所述隔层表面开设有若干个通孔；所述基板或PDMS膜可通过夹具放置在隔层上。

进一步，所述反应容器内设有机械手，用于剥离基板上的PDMS膜。

进一步，所述PDMS溶液输送系统包括第三容器、第三电泵和第二搅拌系统；所述第三容器内设有第二搅拌系统，用于制备PDMS溶液，所述第三容器出口通过第三电泵与旋转喷头连通。