[发明专利]一种超疏油微柱阵列表面织构的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种微织构技术领域，尤其涉及一种超疏油微柱阵列表面织构的制备方法。

背景技术

润湿性是存在自然界中的普遍现象，例如雨水落在荷叶表面后形成球状液滴而滚落的现象以及荷叶“出淤泥而不染”的自清洁效应，即为超疏水现象。此外许多动植物如水黾的脚、蝴蝶的翅膀、水稻叶等，也具有超疏水性能。研究表明，所有这些表面所具有超疏水特性是由于微纳米粗糙结构和低表面能物质共同作用而形成的。

润湿性同时也是材料科学和表面工程领域的重要方面，在日常生活、工业生产，农业生产中有许多重要应用。所谓超疏水是指水滴在固体表面的静态接触角超过150°，同理，超疏油即油滴在固体表面的静态接触角超过150°。然而，油滴的表面张力远小于水滴的表面张力，因此，制备具有超疏油特性的固体表面，其难度较之超疏水表面更大，更难实现。相关研究表明，要制备空气中超疏油表面除了需要低表面能分子的修饰外，还要在其带微纳米粗糙结构表面上引进凹入表面曲率，使得微纳米粗糙结构呈内凹或悬臂。这给制造工艺提出更大的挑战。

目前，大量的文献已经报道了人工仿生超疏水表面，这些材料在表面自清洁，防冰，防雾，防污染，金属防腐蚀，流体减阻中有广泛的应用。关于疏油表面的报道相对较少，但超疏油表面在工农业生产中比如防油性涂料，海水防污处理，石油管道防油爬行，油水分离中都有巨大的应用空间。金属材料在工程中大量应用，使用面极其广泛，然而金属的抗污染防腐蚀性能较差，因此在金属上制备具有超疏油特性表面具有重大意义。

所谓表面织构(Surfacetexture)是指物体表面具有一定尺寸和排列的凹坑、凹痕或凸包等图案的阵列。具有微纳米尺度微观织构的表面在表面能、光学特性、仿生特性、机械特性、流体动力学特性及摩擦磨损性能等方面与光滑表面表现出截然不同的特点，这为众多学科研究注入了新的活力，并且在许多工程领域展示出巨大的应用潜力。

疏油表面的制备方法通常遵循自下而上或自上而下的方法。现有制备超疏油表面的工艺方法主要有以下几种：（1）无/有模板湿法刻蚀（2）飞秒激光刻蚀法（3）静电纺丝法（4）电沉积法（5）溶胶-凝胶法等。

其中上述方法存在以下对应的缺陷：（1）无模板湿法刻蚀可以刻蚀硅和金属表面，效率高且成本低，但刻蚀表面形貌可控性差，该方法容易得到超疏水表面，但不易获得超疏油表面；疏油表面可以通过Bosch刻蚀法获得，但工艺复杂且只适合硅材料。（2）飞秒激光刻蚀法能够制备精度高、形貌规则的微纳嵌套结构表面，但该工艺效率低，不适合大规模制造，且设备极其昂贵。（3）静电纺丝法通过利用微/纳米细丝在表面构筑粗糙结构，容易通过控制产生疏油表面所需结构，但所制备的表面机械力学性能较差，不具备良好的耐磨性等，使用寿命比较短；（4）电沉积法可以沉积金属或聚合物，能高效便捷地制备具有微纳米粗糙结构表面，但形貌随机性强，不易控制，且不易产生内凹或悬臂结构。

发明内容

针对现有技术不足，本发明要解决的技术问题是提供一种获取均匀规则、形貌可控并适合规模生产的具有良好耐磨性的超疏油微柱阵列表面织构的制备方法。

为了克服现有技术不足，本发明采用的技术方案是：一种超疏油微柱阵列表面织构的制备方法，用于在金属基底构建超疏油表面织构，所述超疏油微柱阵列表面织构的制备方法包括以下步骤：

S1、对金属基底进行清洁和烘干，去除表面油污和杂质；

S2、光刻胶匀胶、前烘，光刻胶为正胶，通过匀胶机均匀旋涂于金属基底的正向表面，然后利用烘箱对工件进行前烘预固化；

S3、光刻胶曝光，将具有特定镂空图案的掩膜板置于光刻胶上方，将紫外光透过掩膜板的镂空部分照射在光刻胶上对其进行曝光使其产生光化学反应，从而复制掩膜板图案到光刻胶；

S4、光刻胶的显影和后烘，将复制了掩膜板图案的光刻胶置于显影液中，去除被曝光部分的光刻胶，使光刻胶上产生微孔阵列；将工件取出显影液后置于烘箱进行后烘工艺，对其进一步固化；

S5、微柱阵列一次电铸，将工件作为阴极，镍块作为阳极，分别与电铸电源的负极和正极相连接，并置于合适的电铸液池中构成一个完整的电铸体系进行电铸，通电后，在阴极沉积原理的支配下，使镍离子在微孔底部还原成金属镍，使金属镍填满所有微孔，产生金属微柱阵列；

S6、干法去胶去除一定厚度的光刻胶，使所有微柱将露出局部的顶端部；

S7、微柱阵列二次电铸，将工件置于电铸系统中进行二次电铸，在阴极沉积原理的支配下，使镍离子在微柱顶部还原成大于微柱基础根的帽状的金属镍墩块，形成超疏油钉帽结构；