[发明专利]一种具有火山口状阵列的微纳结构及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种具有火山口状阵列的微纳结构及其制备方法和应用，其包括基底和分布在所述基底上的若干个复合结构单元，所述复合结构单元包括实心圆台本体，所述实心圆台本体上的上底面开设有盲孔。本发明的一种具有火山口状阵列的微纳结构在低温高湿环境下具有较好的机械稳定性和抗冲击性。

技术领域

本发明涉及一种具有火山口状阵列的微纳结构及其制备方法和应用。

背景技术

超疏水表面材料凭借其超强的疏水性，使得其具有一系列的应用价值，例如：雨具、医疗器械和自清洁车窗，但是，现有的大部分超疏水表面材料面临着机械稳定性、差不耐磨，易被尖锐物体破坏的缺点，如何提高超疏水表面材料整体的机械稳定性和抗冲击性成为难点。

低温冷表面的结冰问题广泛涉及到航空航天、风力、光伏发电、制冷、交通运输和电力通信等重要工业领域，除了工业领域外，低温冷表面的结冰问题也与人们的日常生活密切相关；表面结冰不仅会降低设备的性能及运行效率，严重时甚至威胁到人们的生命和财产安全；因此，具有微纳米级结构的超疏水表面作为一种被动的抗结冰方法，以其成本低、耗能小、系统结构简单且易于实施等优点，引起了广泛的关注，成为近年来的研究热点，然而，超疏水表面材料的缺点在低温的情况下尤为明显。

参见图1和图2所示，现有的具有超疏水特性的结构在基底表面布满非常多微小的凸起，这些大大小小的凸起一个挨一个形成隆起的“小山包”，“小山包”之间的凹陷部分充满空气，这样就在紧贴叶面上形成一层极薄，只有纳米级厚的空气层，然而水滴最小直径为1-2毫米，只能同叶面上“小山包”的顶端形成几个点的接触，从而不能浸润到材料表面上，使得水滴在自身的表面张力作用下形成球状体，从材料表面滚落。

然而，也有很多学者对其抗结冰性能提出了质疑，指出：超疏水表面在低温高湿环境下的机械稳定性及抗冲击性差。

因此，如何提高超疏水表面在低温高湿环境下的机械稳定性及抗冲击性成为更加棘手的难题。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术之不足，提供一种具有火山口状阵列的微纳结构及其制备方法和应用。

本发明解决其技术问题所采用的一种技术方案是：

一种具有火山口状阵列的微纳结构，其包括基底和分布在所述基底上的若干个复合结构单元，所述复合结构单元包括实心圆台本体，所述实心圆台本体的上底面开设有盲孔。

在另一较佳实施例中，所述若干个复合结构单元呈行列矩阵排列的方式或错位排列的方式分布在所述基底上。

在另一较佳实施例中，相邻的复合结构单元的间距为0。

在另一较佳实施例中，所述盲孔包括一具有圆形开口的空腔，所述空腔为柱形空腔、圆台形空腔和倒圆台形空腔中的其中一种、两种或多种，所述空腔的圆形开口的直径为50-80微米，所述空腔的高度为30-50微米。

在另一较佳实施例中，所述实心圆台本体的高度为200-400微米，下底面的直径为200-250微米，上底面直径为80-100微米。

在另一较佳实施例中，所述基底是平面基底或曲面基底。

在另一较佳实施例中，所述复合结构单元的材料为金属材料。

在另一较佳实施例中，所述复合结构单元的材料为合金材料。

在另一较佳实施例中，所述表面微纳结构应用于低温环境中。

本发明解决其技术问题所采用的另一种技术方案是：

一种具有火山口状阵列的微纳结构的制备方法，包括以下步骤：

步骤一：对基底的表面进行清洗，得到洁净的基底；