[发明专利]一种亚毫米-微米-纳米跨尺度三维图案化超浸润表面电化学加工方法

说明书

本发明涉及一种亚毫米‑微米‑纳米跨尺度三维图案化超浸润表面电化学加工方法，采用电沉积技术在导电基底沉积微纳结构层，获得具有微纳米结构的超亲水表面，经氟硅烷‑乙醇溶液浸泡或化学气象沉积低表面能分子层获得超疏水性表面；采用旋涂或自流平的方式附着胶膜；利用光刻或者纳秒/飞秒激光加工镂空图案的方式对胶膜加工获得掩膜；定域沉积获得均匀润湿性超亲水三维图案化表面或者非均匀润湿性超疏水‑超亲水三维图案化表面；再经氟硅烷‑乙醇溶液浸泡或化学气象沉积低表面能分子层获得均匀润湿性超疏水三维图案化表面。本发明可在平面和曲面基底上实现大面积跨尺度三维图案化超浸润表面的加工，图案形状、尺寸、表面形貌和润湿性的可控性高。

技术领域

本发明涉及特种加工领域，具体涉及一种亚毫米-微米-纳米跨尺度三维图案化超浸润表面电化学加工方法。

背景技术

超浸润表面包括液体接触角大于150°的超疏液表面和液体接触角小于10°的超亲液表面。超浸润表面在自清洁、抗结冰结霜、减阻和油水分离等领域被广泛研究。近年，图案化超浸润表面因在芯片实验室、高效集水和强化传热等方面极大的潜在应用价值而备受关注。例如，Levkin等人在具有纳米孔的HEA-EDA超亲水薄膜上制备了格状超疏水微图案阵列，并利用该表面进行了高通量细胞培养[Angewandte Chemie International Edition,2011,50(36):8424-7]。Kim等人模仿沙漠甲虫背部结构，制备了氧化锌-银分级图案化润湿纳米结构，该表面具有优异的集水性能[Applied Surface Science,2019,470:161-167]。Lee等人在铜表面加工出疏水-超疏水二维图案化表面，实现了滴状-膜状复合冷凝，减小了冷凝液脱离尺寸，增强了表面的冷凝传热性能[Applied Thermal Engineering,2016,98:1054–1060]。

目前，图案化超浸润表面的主要加工技术有：激光烧蚀、光刻、微铣削、等离子体改性等。例如，Bachus等人采用皮秒激光器在商业超疏水涂料修饰的超疏水表面加工出直径100-1500μm的亲水圆点，该方法操作简便，但大面积加工成本高[ACS Applied MaterialsInterfaces,2017,9(8):7629-7636]。Yang等人采用微铣削技术定域去除超疏水表面的微纳米结构及其上低表面能物质，加工出微坑、沟槽等亲水图案，该方法简单、高效，但只能加工亲水微坑及沟槽图案[The Journal of Physical Chemistry C,2016,120(13):7233-7240]；Liu等通过微等离子喷射定域改性技术，在超疏水铝表面上制备了亲水图案，该方法无需掩膜，但加工精度低且亲水耐久性差[ACS Applied MaterialsInterfaces,2018,10(8):7497-7503]。

综上所述，现有图案化超浸润表面加工方法虽可满足多种加工需求，但仍存在难以加工三维超浸润图案、大面积加工成本高、图案润湿性可控性差等不足。所以，开发一种工艺简单、通用性强、可实现大面积润湿性可控的三维图案化超浸润表面加工的新技术对实现微升尺度液滴操控，强化沸腾/冷凝传热，制造新型高性能热管和芯片实验室器件具有重要应用价值。

发明内容

本发明的目的是为制作亚毫米-微米-纳米跨尺度三维图案化超浸润表面，提供一种工艺简单、成本低廉、图案润湿性可控性高、且适合大面积生产的电化学加工方法。

为实现上述目的，本发明提供的技术方案是：

一种亚毫米-微米-纳米跨尺度三维图案化超浸润表面电化学加工方法，其特征在于：包括以下步骤：

(1)采用电沉积技术在导电基底沉积微纳结构层，并通过调控电解液配比、电解液温度、电沉积电流密度和时间控制电沉积的微纳结构层的表面微观形貌、微纳结构尺寸和润湿性，以获得具有微纳米结构的超亲水表面；

(2)将步骤(1)通过电沉积技术获得的超亲水表面经氟硅烷-乙醇溶液浸泡或化学气象沉积低表面能分子层获得超疏水性表面；