[发明专利]一种电液束工艺加工具有高粘附微图案超疏水表面的方法

说明书

技术领域

本发明属于表面处理及特种加工领域，涉及一种电液束工艺加工具有高粘附微图案超疏水表面的方法。

背景技术

接触角大于150°的表面称为超疏水表面。超疏水表面根据对水滴粘附力大小分为低粘附超疏水表面(荷叶)和高粘附超疏水表面(玫瑰花瓣)。低粘附超疏水表面具有优越斥水性能，在自清洁、减阻、抗结冰和油水分离等领域有重要应用价值。与低粘附超疏水表面不同，高粘附超疏水表面在保证高接触角条件下对水滴有较强粘附力，因此在生物化学分析等领域有潜在应用价值。受低粘附及高粘附超疏水表面启发，低粘附超疏水表面的高粘附微图案研究受到越来越多研究学者重视。由于粘附力及粘附位置的空间可控，这种高粘附微图案在液滴无损存贮、无损运输等领域有广泛应用价值。

目前低粘附超疏水表面的高粘附微图案主要通过光刻、涂覆法和等离子体处理等技术实现。例如，Hess等(Langmuir,2008,24(9):4785-4790.)通过氧等离子体及等离子体增强化学气相沉积氟碳薄膜获得了低粘附超疏水纸表面，并通过调控氧等离子体刻蚀条件改变超疏水纸对水滴的粘附性能。这个方法虽然可以精确调控纸张表面对水滴的粘附性，但是工艺相对复杂，通用性低。YuekunLai等(Advanced Materials,2013,25(12):1682-1686.)在二氧化钛纳米管阵列超疏水表面通过非接触涂覆防水酒精基墨水成功制备出高粘附性微点及线图案。尽管上述方法简单、高效，但稳定性较差、机械强度较低，且粘附力只能通过图案尺寸调控，粘附性能调控区间窄。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术存在工艺复杂、通用性低及粘附性能调控区间窄等不足，发明了一种可加工具有高粘附微图案超疏水表面的方法，通过电液束工艺加工具有高粘附微图案的超疏水表面。该方法成本低、简单、通用性高，能够在不同金属基底上获得不同形状和尺寸的高粘附微图案，并可以通过调整加工参数来调控所获得微图案的表面形貌和粗糙度，从而达到不同的粘附效果。

本发明的技术方案是

一种电液束工艺加工具有高粘附微图案超疏水表面的方法，步骤以下：

(1)将待加工金属基体固定在可喷射导电电解液的电液束加工装置上，保证待加工金属基体与电液束喷射方向垂直，设定与待加工金属基体表面垂直方向为XYZ坐标系的Z轴，电液束喷嘴末端相对待加工金属基体表面的Z向间距为0.5-5mm；所述的电液束喷嘴采用内嵌铜管的石英喷嘴，电液束喷嘴内孔直径为80-5000μm；所述的待加工金属基体为表面存在微观结构的超亲水基体；待加工金属基体连接电源正极，电液束喷嘴铜管连接电源负极；

(2)通过调整电解液浓度、喷射压力、电液束喷嘴内孔直径、加工电压、加工时间以及电液束喷嘴在XY平面的移动速度和移动轨迹来控制微图案的形状、尺寸和粘附力；所述的电解液使用质量分数为1％-25％的硝酸钠或氯化钠水溶液；所述的喷射压力为0.1-1Mpa；所述的电液束喷嘴内孔直径为80-5000μm；所述的加工电压为100-1000V；所述的加工时间为1-30s；所述电液束喷嘴的移动速度为1-1000mm/min。

(3)将电液束加工后的表面用去离子水超声清洗吹干后放入硬脂酸或氟硅烷乙醇溶液中修饰，取出后吹干即获得具有高粘附微图案超疏水表面。

本发明的有益效果：本发明具有设备简单、成本低、通用性高等优点，所加工出的高粘附微图案结构稳定，在液滴无损存贮、转移、定向运输等方面具有潜在应用价值。

附图说明

图1是电液束加工方法示意图。

图2是电液束加工的高粘附微坑阵列示意图。

图3是电液束加工的高粘附圆环沟道示意图。

图4是电液束加工的高粘附半圆环沟道示意图。

图5是电液束加工的高粘附微沟道阵列示意图。

图中：1工件；2微坑；3喷嘴铜管；4喷嘴夹头；5石英喷嘴；6电解液；7低粘附超疏水表面；8高粘附微坑；9高粘附圆环沟道；10高粘附半圆环沟道；11高粘附微沟道；12水滴。

具体实施方式

下面结合附图和技术方案对本发明作进一步的详细说明。

实施例一：利用电液束工艺加工具有高粘附微坑的超疏水铝合金表面，如图2所示，具体方法如下：

(1)分别用800#和1500#砂纸打磨铝合金基底并用去离子水超声清洗，除去表面杂质、油污；