[发明专利]一种硅基微纳米二级结构超疏水表面的制备方法

说明书

本发明涉及一种利用湿法腐蚀和溶胶——凝胶法制备硅基微纳米二级结构超疏水表面的方法，用于滴状冷凝自集水领域。包含制备硅基超疏水层微米结构；制备硅基超疏水层微米结构；进行接触角测量等三个步骤，本发明采取湿法腐蚀和溶胶——凝胶法两种方法相结合得到微纳米二级结构超疏水层，本发明的具有结构新颖、稳定性好、超疏水性能优异的优点。

技术领域

本发明涉及一种利用湿法腐蚀和溶胶——凝胶法制备硅基微纳米二级结构超疏水表面的方法，用于滴状冷凝自集水领域。

背景技术

超疏水层的制备在滴状冷凝自集水领域中有非常广泛的应用，通常可以作为冷凝器件中的冷凝表面层结构，因此对于超疏水层的制备来说，运用合理的制备方法获得良好超疏水性能的超疏水表面层显得至关重要。然而不同制备方法得到的表面层表现出来的超疏水性能有很大差异，并且由于微结构不容易获取与规则化制备，因此最常用的制备方法有：模板印刷法、化学气相沉积和物理气相沉积、静电纺丝技术、刻蚀法等。在这些方法当中，模板印刷法的缺点在于，模板的使用次数有限，不能多次重复使用；化学气相沉积和物理气相沉积发的缺点在于价格昂贵，仅适用于一些特殊材料；静电纺丝技术的缺点在于，表面结构可控性性不强，均匀性较差，难以获得较短的纤维丝，并且纤维丝的强度较低；刻蚀法的缺点在于，此法获得的表面结构力学强度较差，所呈现出来的超疏水性能会随着时间逐渐衰减，不够稳定。湿法腐蚀和溶胶——凝胶法是将湿法腐蚀与溶胶——凝胶法两种方法相结合得到微纳米二级结构超疏水层的一种新方法，首先以硅片(100)为基底，并利用现有MEMS工艺进行实验制备，获得硅基底上的正四棱台微米级结构。其次利用溶胶——凝胶法制备了SiO₂纳米颗粒溶胶，在四棱台微米结构基础上构建纳米结构，形成了双层异质微纳二级结构。通过冷凝实验，对不同微米尺寸下的微纳二级结构超疏水层进行接触角对比，冷凝效率对比以及集水率对比，得出超疏水性能最佳的微米结构尺寸。同时，分析得出，微米结构间距越小，对应超疏水性能越好、自集水效率越高、获得水的质量越高。并通过耐久测试，证明了设计的合理性。

发明内容

为了解决现有的制备方法中集水率低且超疏水结构制备的不可精确控制的缺点，本发明提出了一种利用利用湿法腐蚀与溶胶——凝胶法相结合的制备方法,，得到一种新的硅基微纳米二级结构超疏水表面制备方法。

本发明所述硅基微纳米二级结构超疏水表面制备方法，包括以下步骤：

(1)制备硅基超疏水层微米结构。具体包含以下步骤：

a、热氧化

在硅片的正面(抛光面)沉积SiO₂，作为KOH溶液湿法腐蚀硅的掩膜材料。

b、光刻

预处理：为了增加光刻胶在硅片上的粘附力，首先对硅片进行预处理，让硅片暴露在六甲基二硅胺烷(HMDS)蒸汽中，增加光刻胶与硅片的粘附强度。

均胶：硅片真空吸附在离心式均胶机上高速旋转，把光刻胶滴入硅片中心，利用离心力将光刻胶均布在硅片上。

前烘：加热使光刻胶层出不去得到固化，同时蒸发部分光刻胶溶剂。

对准和曝光：利用MA6A光刻设备，将掩膜版和硅片对准标记进行对准，进行曝光，对光刻胶曝光部分区域发生结构改变，从而使掩膜版的掩膜图形转移到硅片上。

显影：将曝光后的硅片置于显影液(TMAH)中，溶解掉光照(正胶)部分。所谓的正胶，指的是曝光显影后得到的图形与掩膜版上不透光的图形相同，也就是说硅片的掩膜图形与掩膜版上的掩膜图形是一致的。相对应的还有负胶，负胶曝光后硅片上得到的掩膜图形与掩膜版的图形正好是相反的。负胶成本低，对应的分辨率也低，光刻精度低，正胶成本高，对应的光刻精度高。