[发明专利]一种采用球头圆柱体与保护层的超疏水表面设计方法

权利要求书

1.一种采用球头圆柱体与保护层的超疏水表面设计方法，其特征在于包括如下设计步骤：

步骤1，设计超疏水表面的微结构即由球头圆柱体、圆柱盲孔构成的阵列，并设计能使微结构免遭破坏的保护层；

步骤2，基于Cassie-Baxter浸润模型推导数学方程，建立超疏水表面微结构、保护层的特征参数与超疏水功能即水滴接触角之间的数值关系；

步骤3，根据建立的数值关系，计算水滴接触角大于150°时对应的特征参数，并在该前提下计算保护层高度。

2.根据权利要求1所述的一种采用球头圆柱体与保护层的超疏水表面设计方法，其特征在于球头圆柱体、圆柱盲孔、保护层、基底等为一体化结构，球头圆柱体和圆柱盲孔是等间距排列，保护层的高度与圆柱盲孔的深度相等，保护层的高度小于球头圆柱体的高度。

3.根据权利要求1所述的一种采用球头圆柱体与保护层的超疏水表面设计方法，其特征在于球头圆柱体的球体半径r取10~15 μm，球体高度h_q=1.5r，球头圆柱体高度h取45~55μm，圆柱盲孔半径R取15~25 μm，圆柱盲孔深度取H20~40 μm，保护层高度取H20~40 μm，球头圆柱体间距D取40~65 μm；所述球头圆柱体、圆柱盲孔、保护层等均具有微米级结构特征参数，形成的微结构能够蓄留空气，当水滴浸润时可形成液-气-固接触界面。

4.根据权利要求1所述的一种采用球头圆柱体与保护层的超疏水表面设计方法，其特征在于所述数值关系为

式中：θ_T和θ_c分别表示接触角理论值和本征接触角，水滴在光滑表面的本征接触角θ_c为100°～110°；r、h、D分别为球头圆柱体的球体半径、高度、间距，R、H分别为圆柱盲孔的半径、深度；α为球头圆柱体高出保护层的部分占整个圆柱体高度的比例，0≤α≤1；λ为浸润系数，即水滴对圆柱体的浸润程度，水滴浮在圆柱体顶面时λ=0，水滴完全浸润圆柱体时λ=1，0≤λ≤1。

5.根据权利要求1所述的一种采用球头圆柱体与保护层的超疏水表面设计方法，其特征在于将球头圆柱体、圆柱盲孔、保护层的特征参数带入数值关系中，并调控α、λ的取值，计算接触角的理论值，依据接触角是否大于150°来判断是否具有超疏水功能，实现超疏水表面的可控设计。

6.根据权利要求1所述的一种采用球头圆柱体与保护层的超疏水表面设计方法，在接触角大于150°的前提下，由α=(h﹣H)/h计算保护层的高度，实现保护层的设计，保护微结构免遭破坏，使超疏水功能持久保持。