[发明专利]一种水中气泡调谐用钛片及其加工方法和使用方法

说明书

本发明公开了一种水中气泡调谐用钛片，包括钛片基材，钛片基材表面有微凸台阵列，每个微凸台都有微米级的微锥，微锥表面及周围有纳米级的粗糙结构。原始的钛基材表面具有亲水特性，经过飞秒激光交叉扫线后使表面产生粗糙结构，表面会变成超亲水。本发明主要利用钛材料在空气中的亲疏水特性和二氧化钛对光的敏感特性来实现水中气泡的亲疏调节，将钛片基材用不透光的金属铝箔包住，加热40分钟后表面变成超疏水的状态，再将钛片基材泡在酒精里用紫外灯照射，又会恢复到一开始的超亲水状态。本发明在基于环境友好的基础上，采用飞秒激光直接进行交叉扫线处理，快速方便，所需过程简化，并且气泡亲疏调谐的过程可以重复。

技术领域

本发明涉及钛片领域，具体是一种水中气泡调谐用钛片及其加工方法和使用方法。

背景技术

水下气泡浸润性由于其在工业生产和日常生活中的重要应用而引起了广泛的关注，比如污水处理，回收矿物颗粒和提高海洋传热等。了解气泡在液体介质中的行为是实现气泡可操纵性的关键。西交大的雍佳乐博士利用飞秒激光在PDMS表面诱导出粗糙结构，再利用机械钻孔的方式制作出微孔阵列，最后利用氧等离子体修饰改变PDMS表面的亲疏水特性，从而实现水下气泡的浸润状态转变。但是，样品制作和调谐过程比较复杂，所以，本发明受到二氧化钛光催化特性的启发，将钛基材与飞秒激光相结合，一步诱导出粗糙微纳结构。并且，具有调谐过程可逆，调谐时间短，可重复多次调谐的优点。

发明内容

本发明的目的是提供一种水中气泡调谐用钛片及其加工方法和使用方法，以达到钛片能够实现水中气泡调谐的目的。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案为：

一种水中气泡调谐用钛片，其特征在于：包括钛片基材，钛片基材表面加工有整齐的微凸台阵列，微凸台阵列中每个微凸台的四个角都有一个微米级的微锥，并且在微锥表面及微锥周围有纳米级的粗糙结构，由微凸台阵列、微锥和粗糙结构，使钛片基材表面具有经过处理后可在超亲水状态和超疏水状态之间切换的特性。

所述的一种水中气泡调谐用钛片，其特征在于：所述钛片基材选用浓度在99.9％以上的工业纯钛，纯度优选99.95％，厚度为200μm。

一种水中气泡调谐用钛片的加工方法，其特征在于：包括以下步骤：

(1)、清洗钛片基材表面，以去除有机杂质得到干净的钛片基材；

(2)、采用飞秒激光器对步骤(1)清洗后的钛片基材表面进行交叉扫线加工，使钛片基材表面形成微凸台阵列，同时，由于激光的烧蚀作用，沟槽的内部物质飞溅出来并堆积在微凸台周围形成微锥以及微锥表面的粗糙结构。

所述的一种水中气泡调谐用钛片的加工方法，其特征在于：步骤(1)中，首先采用丙酮溶液超声清洗钛片基材表面，去除表面的有机杂质；再用乙醇溶液超声清洗钛片基材表面，去除丙酮溶液；最后用去离子水超声清洗钛片基材表面，去除乙醇溶液，得到干净的钛片基材。

所述的一种水中气泡调谐用钛片的加工方法，其特征在于：步骤(2)中，飞秒激光器中心波长为800nm，脉宽为104fs，重复频率为1KHz，飞秒激光器的加工参数为：扫描速度为1mm/s，线与线的间隔为80μm，激光功率为450mw。

一种水中气泡调谐用钛片的使用方法，其特征在于：将钛片基材的表面在黑暗环境中进行高温加热处理，得到超疏水的低表面能状态的钛片基材表面；

再将低表面能的钛片基材浸泡在酒精中，同时用紫外灯进行照射，又可以将钛片基材表面恢复到之前的超亲水的高表面能状态。

所述的一种水中气泡调谐用钛片的使用方法，其特征在于：用30mm厚的铝箔包住钛片基材，使钛片基材的表面处于黑暗环境中，然后在200℃的环境下加热40分钟，得到超疏水的低表面能状态的钛片基材表面。