[发明专利]一种不锈钢基底上抗菌超疏水仿生表面的制备方法

说明书

本发明涉及一种不锈钢基底上抗菌超疏水仿生表面的制备方法，目的在于提高不锈钢表面的疏水性能、自清洁防污和抗菌性能。该方法首先以无水乙醇清洗不锈钢为前处理工艺，然后在不锈钢表面激光加工出微米级阵列柱状结构，再将激光加工后的试样表面喷涂由环氧树脂、十六烷基三甲氧基硅烷和不同KH550‑Cusubgt;2/subgt;O填加量组成的悬浮液，使试样表面的形貌特征发生改变，在不锈钢表面形成微纳米尺度双层分级结构，同时使表面的表面能降低。具有微纳米双层分级结构的不锈钢表面具有典型生物超疏水性、自清洁防污性和抗菌性能，与基底结合良好，在使用工况下，疏水性能增强，该发明在学术和工业领域都有潜在的实际应用。

技术领域

本发明属于金属材料表面处理技术领域，具体涉及一种不锈钢基底上抗菌超疏水仿生表面的制备方法。

背景技术

经过亿万年的演变与进化，自然界中的大量生物形成了天然合理的超疏水结构。其中，较为典型的生物超疏水结构有：荷叶、蝉翼、水稻叶和水黾腿。这些生物表面的微纳米双层分级结构和化学成分能赋予了表面优异的超疏水性，也赋予了它们自清洁防污和抗菌性能。因此，在工程材料设计和制造方面，这些自然的表面结构常常被用作模拟结构。

目前，不锈钢材料在医疗器械(例如手术器具、医用托盘等)、船舶(螺旋桨、货舱等)等领域有广泛的应用。当不锈钢暴露在液体环境中时，漂浮的细菌会在几分钟内穿过液体并附着在材料表面。随着细菌的不断附着和积累，在材料表面形成生物膜，不仅对各种系统和设备的功能造成严重的生物污染，同时也对社会、环境和经济产生不利影响。随着生活水平的提高，人们对生存环境的要求也越来越高，因此，抗菌表面将是一个有前途的技术研究，受到人们的关注。

仿生超疏水表面的制备方法有很多，如电化学沉积法、激光加工法、纺丝法、层层自组装法、模板法和溶胶-凝胶法等。激光加工法可在样品表面形成高度统一的微米柱状结构，喷涂法通过喷涂纳米颗粒悬浮液从而形成纳米级结构，两种方法结合使用的较少。针对在不锈钢基底上制备微纳米尺度双层分级结构抗菌仿生超疏水表面，改善不锈钢表面性能，解决不锈钢表面自清洁防污和抗菌等问题，是一种新的尝试，对表面处理技术的发展意义重大。

发明内容

本发明的目的就在于提供一种不锈钢基底上抗菌超疏水仿生表面的制备方法，以提高不锈钢表面的疏水性能并实现表面自清洁防污和抗菌。本发明是仿照荷叶、蝉翼、水稻叶和水黾腿等动植物超疏水性微观结构的特征，采用激光加工和喷涂法相结合的技术手段，在不锈钢表面制备具有荷叶、蝉翼、水稻叶和水黾腿等动植物表面的微纳米尺度双层分级结构的抗菌仿生超疏水表面，其提高不锈钢表面的疏水性、自清洁防污性和抗菌性等，以期得到更广泛的应用。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种不锈钢基底上抗菌超疏水仿生表面的制备方法，包括以下步骤：

A、前处理工艺：采用砂纸打磨不锈钢基底，无水乙醇清洗不锈钢基底；

B、对不锈钢基底表面进行激光加工，在试样表面加工出微米级的阵列柱状结构；

C、将配置好的涂料悬浮液喷涂于激光加工后的不锈钢表面，从而形成纳米级结构，并降低表面能，与激光蚀刻的微米级柱状结构相结合构成了微纳米尺度双层分级结构；

D、将所制备的抗菌超疏水表面加热固化，使具有微纳米双层分级结构的不锈钢表面具有典型生物超疏水性。

进一步地，步骤B，具体为：在不锈钢基底表面上加工出边长约50μm的正方形微柱状结构，相邻微柱状结构的加工间距为100μm。

进一步地，步骤C，所述涂料悬浮液，是由1g环氧树脂、0.3g环氧固化剂、0.3g十六烷基三甲氧基硅烷以及300nm 1g-2g KH550-Cu₂O加入到20ml的乙醇中，超声分散10min，磁力搅拌20min制得。

更进一步地，所述KH550-Cu₂O为1.5g。