[发明专利]具有凹陷式微纳双级结构的防冰覆表面的制造方法及其应用

权利要求书

1.具有凹陷式微纳双级结构的防冰覆表面的制造方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)制备微米级结构模板：采用精密铣削技术在材料表面形成所需的凸起式微米级结构；

(2)制备微纳双级结构模板：对微米级结构模板进行化学沉积，在凸起式微米级结构表面形成纳米级片状结构；

(3)制造凹陷式微纳双级结构高分子制品：将微纳双级结构模板固定于注塑模具的型腔表面上，加热注塑模具，将高分子材料加入到注塑机中，以制造出表面具有凹陷式微纳双级结构的高分子制品；

凹陷式微纳双级结构，即同时具有规整排列的凹陷式微米级结构和致密排列的纳米级凸起结构。

2.按照权利要求1所述的具有凹陷式微纳双级结构的防冰覆表面的制造方法，其特征在于：步骤(1)中，用于制备微米级结构模板的材料为纯铜、铍铜合金、黄铜合金或白铜合金。

3.按照权利要求1所述的具有凹陷式微纳双级结构的防冰覆表面的制造方法，其特征在于：步骤(1)中，微米级结构模板上的凸起式微米级结构为金字塔、圆锥体、长方体或圆柱体；凸起式微米级结构的特征尺寸和中心距均为10～200μm。

4.按照权利要求1所述的具有凹陷式微纳双级结构的防冰覆表面的制造方法，其特征在于：步骤(2)中，化学沉积前先配制氢氧化钾含量为0.5～5mol/L和过硫酸钾含量为0.04～0.2mol/L的混合溶液；化学沉积过程为：将微米级结构模板置于氢氧化钾和过硫酸钾混合溶液中，水浴加热温度为50～70℃，水浴加热时间为40～80min，在凸起式微米级结构表面上形成纳米级片状结构。

5.按照权利要求1所述的具有凹陷式微纳双级结构的防冰覆表面的制造方法，其特征在于：步骤(3)中，微纳双级结构模板在注塑模具型腔表面的固定方式为螺纹连接、镶嵌连接、粘合或焊接。

6.按照权利要求1所述的具有凹陷式微纳双级结构的防冰覆表面的制造方法，其特征在于：步骤(3)中，注塑机将高分子材料熔融、塑化成高分子熔体，将高分子熔体注入固定有微纳双级结构模板的注塑模具型腔内，在充模压力或同时在模具压缩力的作用下，高分子熔体填充微纳双级结构模板上的微米和纳米特征中，冷却、定型和脱模后，在成型的高分子制品表面上形成凹陷式微纳双级结构。

7.按照权利要求1所述的具有凹陷式微纳双级结构的防冰覆表面的制造方法，其特征在于：步骤(3)中，注塑高分子制品表面上的凹陷式微米级结构为倒金字塔、倒圆锥体孔、长方体孔或圆柱体孔；凹陷式微米级结构的特征尺寸和中心距均为10～200μm；凹陷式微米级结构表面上的纳米级凸起结构为柱状或针体，纳米级凸起结构的特征尺寸为10～1000nm。

8.按照权利要求1所述的具有凹陷式微纳双级结构的防冰覆表面的制造方法，其特征在于：步骤(3)中，高分子材料为聚丙烯、聚乙烯、聚碳酸酯、聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯或热塑性聚氨酯弹性体。

9.按照权利要求1所述的具有凹陷式微纳双级结构的防冰覆表面的制造方法，其特征在于：高分子制品表面上的凹陷式微纳双级结构可明显减少液滴与高分子制品表面的固液接触面积，降低冰黏附强度；空气的传热效率较低，可以有效延长静止在表面上的液滴的结冰时间；在液滴冲击低温高分子制品表面时，凹陷式微纳双级结构一方面能够有效地防止结构中气体的逃逸，另一方面液滴在动能的作用下进一步压缩气体的体积，压缩气体对液滴提供向上的推动力，有利于液滴在低温高分子制品表面上回弹，故注塑高分子制品表面呈现高的静态和动态超疏水特性。

10.按照权利要求1至9中任一项所述的具有凹陷式微纳双级结构的防冰覆表面的制造方法的应用，其特征在于：水滴在凹陷式微纳双级结构高分子制品表面的结冰时间是表面光滑的注塑普通高分子制品表面上的4倍以上，应用于低温冷冻设备、电子元器件或交通工具表面的防覆冰。