[发明专利]一种基于双梯度锥形孔阵列的复合结构膜及其制备方法

说明书

一种基于双梯度锥形孔阵列的复合结构膜及其制备方法，它涉及一种复合结构膜及其制备方法，本发明要解决对自驱动的水雾收集膜水滴自驱动效果不理想，自驱动能量来源单一等问题。本发明采用飞秒激光钻孔技术结合低表面能修饰技术，通过调整激光脉冲冲击参数与焦点空间位置，实现具有形貌梯度和表面能梯度的锥形孔阵列的高效快速加工。所述结构能自发的改变水滴自身状态完成从上表面到下表面自驱动地运输过程。本发明制备的复合结构铝箔的上下表面分别具有超疏水和超亲水性能。微孔内顶端到底端存在三种渐变元素，粗糙度、表面能和截面半径，这三种梯度赋予了液滴从铝箔上表面自发地转移到下表面的能力。本发明应用于雾水处理领域。

技术领域

本发明涉及一种基于复合结构膜及其制备方法。

背景技术

随着人口的持续增长和淡水资源的日益短缺，如何快速的获取淡水资源成为科研人员面临的难题。空气中淡水资源可以经过大气环流进行源源不断的补充，是用之不竭的淡水来源。受到自然界一些生物身体表皮结构的启发，利用材料对水的润湿性从空气中收集水分吸引了人们的注意。例如：仙人掌独特的多级水滴凝结-收集-运输-吸收结构可以有效地从空气中吸收水分并运输到根部；沙漠甲虫背部超疏水/超亲水复合润湿性表面可以使空气中的水分在超亲水区域凝结并通过超疏水区域输送到到体内等。这些可完成一系列雾滴收集功能的结构可以在热传递效率、液体定向运输等领域有着潜在的应用场景。人们总结这些生物收集雾水的整个过程，提出了复合结构的几个功能要求：包括疏水界面、连续的收集和转移，同时兼顾相对较低的再蒸发速率等。在这些功能中，如何实现水滴的自驱动运输是整个收集过程的关键难题。

在生物特性中，液滴的自驱动定向运输主要有两种形式的驱动力，液体在曲面形貌结构上，其两边的液/气界面上形成的张力差(拉普拉斯压差)和固体的表面能存在差异，形成的表面能梯度力产生的定向驱动力(润湿性梯度力)。如何设计微结构形貌梯度和微区域表面能结构成为人们面临的主要难题。目前，人们通过静电纺丝技术纤维上制备了周期性的纺锤型节点，液滴在这种直径渐变的形貌梯度上可以实现单向的运输过程；通过结合超亲水材料如铜网等和超疏水材料如海绵组合制备成复合润湿性的“双面神”结构，这种双面神结构中两种材料存在表面能差异，使得水在两种材料之间形成润湿性梯度力，从而促使水从超疏水面自发定向移动到超亲水面。

已公开的文献中对于水滴定向运输研究多集中于单一驱动力的研究，对两种作用力共同作用于水滴的自驱动运输器件没有报道。

发明内容

本发明目的是为了解决对自驱动的水雾收集膜水滴自驱动效果不理想，自驱动能量来源单一等问题，而提供一种可以兼顾雾水的冷凝、收集、转移和保存等多种功能于一体的高效自驱动复合结构膜结构。

本发明提出了一种基于双梯度锥形孔阵列的铝箔膜(复合结构膜)，它可以完成水滴从冷凝、收集、运输、保存等一系列过程。

本发明的一种基于双梯度锥形孔阵列的复合结构膜，所述的复合结构膜为铝箔膜，铝箔膜上有锥形孔，所述的锥形孔截面呈等边梯形，锥形孔的孔半径从铝箔膜上表面到下表面逐渐增大，铝箔膜上表面有低表面能材料C₁₀H₄Cl₃F₁₇Si，下表面材料为Al₂O₃。

本发明的一种基于双梯度锥形孔阵列的复合结构膜的制备方法，它是按照以下步骤进行的：

一、将铝箔平整放置在三维移动台上，首先设置激光单脉冲能量，将激光焦点移动到铝箔的上表面处，通过扫描振镜软件设置二维点阵列结构，通过设置焦点停留时间改变脉冲冲击次数，制备得到双面超亲水的微孔阵列结构；

二、将上述超亲水的锥形孔阵列膜放置在修饰液中浸泡24h，然后在60℃热板上加热30min，得双面超疏水的膜；