[发明专利]一种液滴饼状弹跳的大尺寸超疏水圆柱阵列的浇注加工方法

说明书

本发明提供了一种液滴饼状弹跳的大尺寸超疏水圆柱阵列的浇注加工方法，制备浇注模具：加工直径0.8mm～1.25mm、柱间距0.25mm、深0.6mm～1.0mm的金属基体阵列盲孔结构，经打磨、清洗及吹干后获得浇注模具；浇注固化：利用配好的聚合物溶液对清洗吹干的浇注模具进行浇注，并经固化处理；取模：直接脱模得到聚合物圆柱阵列；超疏水处理：对获得的圆柱阵列进行喷涂处理获得超疏水圆柱阵列，其中混合液为含纳米TiO₂颗粒的氟硅烷乙醇溶液。本发明方法具有简单易操作、成本低、可选材料种类多、材料及模板可重复使用、所制备的圆柱阵列尺寸大等优点，可有效地实现液滴饼状弹跳表面的大面积、产业化加工。

技术领域

本发明属于微细加工技术领域，涉及到一种能实现液滴饼状弹跳的大尺寸超疏水圆柱阵列的浇注加工方法。

背景技术

冻雨是自然界中的常见现象，但因极易在固体表面附着冻结而对人类生产生活造成破坏，如冻雨附着输电线路易造成倒塔断电；冻雨附着公路易降低行人及汽车与路面摩擦力，增加交通事故；冻雨附着机翼会降低飞机升力并增加飞行阻力，严重的还会发生坠机事故。冻雨的危害迫使人们寻找有效的方法减小其与固体表面的粘附。超疏水表面因具有较高接触角和较低滚动角而引起了研究人员的关注，研究人员希望依靠水滴撞击超疏水表面时液-固接触时间短并易滚落的特征来防止冻雨附着。水滴撞击超疏水平面时会先铺展然后回弹最后离开基体，对于固定体积的液滴，液-固接触时间几乎不随撞击速度而发生改变。如何进一步减小液-固接触时间对提高超疏水表面防冻雨抗结冰具有重要意义。2014年，Bird发现液滴撞击超疏水平面上的高180μm的长条形脊状结构时，液滴会破裂，液-固接触时间会减小37％(Nature.2014,505(7483))。2015年，Gauthier等进一步研究了超疏水平面上直径高度为几十至几百微米级的长条形脊柱状结构对液-固接触时间的影响，发现即使液滴不破裂，液-固接触时间也显著减小(Nature Communications.2015,6(8001))。同年，Liu等还发现液滴撞击超疏水平面上横向放置的、直径几个毫米的长条形圆柱状结构曲面也可降低液-固接触时间(Nature Communications.2015,6(10034))。尽管上述长条形脊状或横向放置的圆柱状结构曲面可有效降低液-固接触时间，但实际使用时大部分雨滴均不会滴落在脊状或圆柱状结构曲面上，应用价值较低。2014年，Liu等观察到水滴撞击超疏水亚毫米级的锥柱和方柱阵列上会出现饼状弹跳，液-固接触时间减小80％。这种大面积的柱状阵列结构由于能保证雨滴均与之接触，故应用价值较大。Liu等研发出的超疏水锥柱和方柱阵列直径约20μm～100μm，高度约800μm～1200μm，这种类型的结构由于直径过小且高径比过大，目前只能用电火花线切割方法加工出。但电火花加工效率过低，加工2cm×2cm样品需7～8个小时，难以实现产业化大面积加工。因此有必要研发能实现液滴饼状弹跳但又适合大面积产业化加工的结构并开发出液滴饼状弹跳表面大面积加工的工艺。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种既能实现液滴饼状弹跳又适合大面级产业化加工的结构，并提供液滴饼状弹跳表面大面积加工的工艺。本发明主要提出柱直径0.8mm～1.25mm、柱间距0.25mm、柱高0.6mm～1.0mm的超疏水圆柱阵列也可实现液滴饼状弹跳，并通过多孔阵列模板浇注复制的方法实现液滴饼状弹跳表面的大面积加工。

本发明的技术方案：

一种液滴饼状弹跳的大尺寸超疏水圆柱阵列的浇注加工方法，步骤如下：

(1)制备浇注模具：加工直径0.8mm～1.25mm、柱间距0.25mm、深0.6mm～1.0mm的金属基体阵列盲孔结构，经打磨、清洗及吹干后获得浇注模具；所述的金属基体可为铝、铜、模具钢、不锈钢；

(2)浇注固化：利用配好的聚合物溶液对制备的浇注模具进行浇注，并经真空脱泡固化处理；所述的液态聚合物溶液可为环氧树脂E51(树脂与固化剂质量比为2:1～4:1)、PDMS模块胶(主剂与交联剂质量比为5:1～20:1)；