[发明专利]一种金属基水下仿生气膜减阻表面及其制备方法与应用

权利要求书

1.一种金属基水下仿生气膜减阻表面，包括金属基体，其特征在于，还包括设置于所述金属基体表面的凹坑状微结构和设置于所述凹坑状微结构表面的氧化锌纳米棒阵列；

所述金属基体选自纯铝基体、铝合金基体、紫铜基体和不锈钢基体中的一种；

所述凹坑状微结构选自半圆形凹坑状微结构、正方形凹坑状微结构和倒锥形凹坑状微结构中的一种；

所述半圆形凹坑状微结构的直径为35μm-75μm，相邻凹坑之间的中心距离为75μm-140μm，加工深度为45μm-85μm；

所述正方形凹坑状微结构的边长为30μm-70μm，相邻凹坑之间的中心距离为70μm-140μm，加工深度为45μm-85μm；

所述倒锥形凹坑状微结构的直径为35μm-75μm，相邻凹坑之间的中心距离为75μm-140μm，加工深度为45μm-85μm；

所述金属基水下仿生气膜减阻表面在水中吸附空气，形成一层稳定的气膜，实现减阻的效果；

所述氧化锌纳米棒的横截面呈正六边形，所述正六边形的边长为150nm-400nm，所述氧化锌纳米棒的长度为2.5μm-6.5μm，相邻氧化锌纳米棒之间的距离为450nm-700nm；

所述仿生气膜减阻表面加工在水下航行体表面或舰船底部表面。

2.根据权利要求1所述的金属基水下仿生气膜减阻表面，其特征在于，所述凹坑状微结构为半圆形凹坑状微结构，所述半圆形凹坑状微结构的直径为65μm，相邻凹坑之间的中心距离为95μm，加工深度为75μm，所述氧化锌纳米棒的横截面呈正六边形，所述正六边形的边长为300nm，所述氧化锌纳米棒的长度为5.5μm，相邻氧化锌纳米棒之间的距离为550nm；

或者，所述凹坑状微结构为正方形凹坑状微结构，所述正方形凹坑状微结构的边长为55μm，相邻凹坑之间的中心距离为100μm，加工深度为65μm，所述氧化锌纳米棒的横截面呈正六边形，所述正六边形的边长为350nm，所述氧化锌纳米棒的长度为5μm，相邻氧化锌纳米棒之间的距离为650nm；

或者，所述凹坑状微结构为倒锥形凹坑状微结构，所述倒锥形凹坑状微结构的直径为75μm，相邻凹坑之间的中心距离为115μm，加工深度为85μm，所述氧化锌纳米棒的横截面呈正六边形，所述正六边形的边长为400nm，所述氧化锌纳米棒的长度为6.5μm，相邻氧化锌纳米棒之间的距离为650nm。

3.一种如权利要求1或2所述金属基水下仿生气膜减阻表面的制备方法，其特征在于，包括步骤：

1)、金属基体表面前处理工艺：采用砂纸对金属基体表面进行打磨，然后对打磨后的金属基体表面进行清洗，吹干后待用；

2)采用激光刻蚀加工技术将上述步骤1)中的表面制备成具有凹坑状微结构的金属基表面；

3)采用沉积工艺在上述步骤2)表面沉积一层氧化锌种晶层；

4)采用水热法在上述步骤3)表面生长氧化锌纳米棒阵列结构；

5)将上述步骤4)得到的金属基体进行退火处理，得到所述金属基水下仿生气膜减阻表面。

4.根据权利要求3所述的金属基水下仿生气膜减阻表面的制备方法，其特征在于，步骤2)中激光刻蚀工艺的参数：脉冲宽度为(300±100)fs，频率为1.5kHz，能量密度为2.2J/cm²，扫描速度为1.5mm/s，扫描间距为70μm-140μm。

5.根据权利要求3所述的金属基水下仿生气膜减阻表面的制备方法，其特征在于，步骤4)具体包括：将盛有质量浓度为7～12％的甲酰胺水溶液的玻璃烧杯置于水浴锅中，温度控制为55-95℃，然后将步骤3)中沉积有氧化锌种晶层的金属基体浸泡在玻璃烧杯中，镀有氧化锌种晶层表面水平朝上，将金属锌片垂直放入玻璃烧杯中，并与沉积有氧化锌种晶层的金属基体保持距离为3-10mm，作为反应体系，水热反应时间为24-36h。

6.一种如权利要求1或2所述金属基水下仿生气膜减阻表面的应用，其特征在于，将所述金属基水下仿生气膜减阻表面加工在水下航行体表面或舰船底部表面。