[发明专利]一种基于调制飞秒激光脉宽制备超疏液孔阵列结构的方法

说明书

一种基于调制飞秒激光脉宽制备超疏液孔阵列结构的方法，先对基底材料进行预处理，然后进行再入凹角孔阵列结构的制备，最后再进行超疏液再入凹角孔阵列结构的构建；通过皮秒量级激光织构化技术实现结构制造的同时，复合基底材料表面浸润性调控，实现超疏液再入凹角孔阵列结构的制备；超疏液再入凹角孔阵列结构除了因为熔融堆积效应生成孔边缘凹角特征，在孔内壁同时生成自上而下的“螺旋状“沟槽结构，间接形成孔内壁上的再入凹角特征结构，具有孔边缘熔融堆积效应生成的一级再入凹角结构特征以及孔内壁经激光和材料冲击强化形成的二级“螺旋状”沟槽再入凹角结构特征；双重再入凹角结构以及孔内气穴的存在使得该结构达到了优异的超疏液性能。

技术领域

本发明涉及超疏液微纳结构制造技术领域，具体涉及一种基于调制飞秒激光脉宽制备超疏液孔阵列结构的方法。

背景技术

通常将对水静态接触角大于150°且滚动角小于10°的表面称作超疏水表面，因其具有极端的润湿特性从而具有广泛的应用范围和前景。在2007年有学者创新性提出超疏液再入凹角结构，该结构不仅仅具有优异的超疏水特性，而且可以排斥表面能低于水的有机液体，该结构极大地扩展了极端润湿性表面的应用范围，如自清洁、油滴运输、抗腐蚀等。因此被学者们大量研究，就制备方法而言，目前超疏液表面制备方法主要包括化学刻蚀、光刻、化学溶液氧化，但是以上方法往往具有工艺繁琐、化学污染、加工效率低、结构特征不好控制等缺点，使得润湿性很不好被控制，所以限制了超疏液表面的进一步推广。

近年来飞秒激光加工兴起，由于其无掩模、环境友好、极小的热影响区，加工精度高的特点，已经广泛应用到了非金属、金属表面微纳结构的制备上，具有极强的普适性。但是，飞秒激光光束通常为高斯光束，具有光斑中心能量较高边缘能量较低的特点，所以通常加工的结构(如中国专利申请号CN201810316726.4、名称为一种纳米结构三维分布的超双疏金属表面及其制备方法；中国专利申请号为CN202110276386.9、名称为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；论文Yuhu Chen,The JOURNAL OF PHYSICALCHEMISTRY C,2021.)呈现出锥形特征(锥形槽，锥体，锥形孔)，经过低表面能处理后表现出优异的超疏水性能，锥形特征结构通常不具备再入凹角特征，所以不能对绝大多数表面能低于水的液体表现出疏液特性。因此，如何利用飞秒激光的加工优势高效且环境友好地制备出结构特征规律可控的超疏液再入凹角结构仍然是目前存在的一个具有挑战性的难题。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种基于调制飞秒激光脉宽制备超疏液孔阵列结构的方法，通过皮秒量级激光织构化技术实现结构制造的同时，复合基底材料表面浸润性调控，最终实现超疏液再入凹角孔阵列结构的制备，对于拓展超疏水表面的应用以及提升工艺便捷性和效率有着显著的优势。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案为：

一种基于调制飞秒激光脉宽制备超疏液孔阵列结构的方法，包括以下步骤：

1)预处理：

1.1)根据实际功能应用和技术工况需求选择所需的基底材料；

1.2)对基底材料进行抛光处理使得表面呈现光滑纹理而便于功能结构的可程序化设计与制造；

1.3)依次使用丙酮、无水乙醇、去离子水进行超声波浴15min，同时利用氮气进行干燥处理；

2)再入凹角孔阵列结构的制备：

2.1)依据工况加工制造需求进行飞秒激光微纳加工光学系统的初步调整，包括准直与校正、相关加工制造激光参数即重复频率以及单脉冲能量的调整；通过计算机上的飞秒激光参数控制面板设置飞秒激光的脉宽为皮秒量级；

2.2)通过飞秒激光微纳加工光学系统的集成控制交互界面进行功能结构加工路径轨迹设计与规划；