[发明专利]一种基于表面润湿梯度的液滴弹跳方向的控制方法

说明书

本发明提出一种基于表面润湿梯度的液滴弹跳方向的控制方法是在结构均匀的表面上构建表面自由能梯度，从而控制液滴从非润湿性高的区域定向弹跳至非润湿性低的区域。本发明提供的一种基于表面润湿梯度的液滴弹跳方向的控制方法具有以下优势：操作简便，对基体材料无严格要求，且成本低廉；液滴撞击实验中表面动态撞击液滴的接触反弹时间缩短至11.6ms；液滴均能够从非润湿性高的区域定向弹跳至非润湿性低的区域，并快速离开成品表面；制备的可控制撞击液滴反弹方向的润湿梯度表面对于超疏水表面工业化应用具有重要的实践意义。

技术领域

本发明属于金属材料表面处理技术领域，具体涉及一种基于表面润湿梯度的液滴弹跳方向的控制方法。

背景技术

表观接触角大于150°，滚动角小于10°的仿真超疏水表面在防水、自清洁、流体减阻、防结冰及防腐蚀等领域具有巨大的应用潜力，近年来受到了研究者们的重视。其中，材料表面上的撞击液滴与固体表面的接触行为包括接触时间、弹跳时的能量转化等，被认为是极其重要的，其直接决定了在实际应用条件下，固-液体之间的热量与能量转化程度。

近年来，在减少固液接触时间、提高弹跳中的能量转化的基础上，研究者们还提出了控制超疏水表面上液滴弹跳方向的构想。材料表面上的定向弹跳是指：液滴在撞击表面或发生聚结引发的自弹跳行为时，会优先沿着设计的方向进行运动，这在微流体、控制冷凝液滴、油水分离和大气集水方面具有广泛的应用价值。目前，研究者们大多通过构建表面的润湿梯度来控制液滴的弹跳方向，而润湿梯度表面可分为通过形貌梯度和化学组成梯度的方法来构建。在专利CN106807608A中，发明者以刻蚀法在硅片上构建了形貌梯度，从而达到了控制液滴弹跳方向的目的。然而，这种方法制作相对困难，且基底材料的局限性较大。而在以化学组成梯度调控的润湿梯度材料方面，目前国内还缺乏系统的研究探索，也鲜有相关的文献及专利出现。

因此，本发明将从化学组成梯度制备润湿梯度材料的思路出发，提出一种液滴弹跳方向的控制方法。开展材料表面液滴弹跳的方向控制研究具有重要的理论意义和实践作用，实现液滴弹跳按照预先设计的方向运动，对防结冰、冷凝液滴的收集等研究及实际应用具有重要意义。

发明内容

本发明的目的在于提出一种具有防覆冰功能的聚合物基复合材料一体化成型方法，以解决当前技术在制备具有防覆冰功能的复合材料时成本高、步骤多和性能不稳定的问题。

本发明的目的在于提出一种基于表面润湿梯度的液滴弹跳方向的控制方法，可以使液滴从非润湿性高的区域定向弹跳至非润湿性低的区域，促进超疏水表面的工业化尤其是在冷凝液滴控制领域具有重要意义。

本发明提供的一种基于表面润湿梯度的液滴弹跳方向的控制方法，包括以下步骤：

(1)利用线切割将基体材料加工成长方形样品块，并对所述长方形样品块进行抛光、清洗、干燥预处理，得到预处理后样品块；

(2)利用微米结构加工技术在所述预处理后样品块表面构建初级微米级凹凸结构，之后采用纳米结构加工技术在已形成的所述初级微米级凹凸结构上构建一层纳米结构，制备得到具有微纳二级复合结构的样品块；

(3)将所述具有微纳二级复合结构的样品块竖直地置于持续沸腾的含有低表面能物质的乙醇溶液上方进行表面润湿处理；之后将经过表面润湿处理后的样品块放入110-120℃烘箱中干燥2小时，制备得到成品；

(4)在所述成品表面进行液滴撞击实验，所述液滴表现为从非润湿性高的区域定向弹跳至非润湿性低的区域，显示出反弹定向运动特性。

作为一种优选的方案，步骤(1)中所述基体材料为金属材料。

更为优选的是，所述金属材料为钛合金、铝合金、钴基合金、镁合金、不锈钢。