[发明专利]一种具有双平面垂直梯度润湿特征的功能材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种具有双平面垂直梯度润湿特征的功能材料，其采用以下方法制得：采用金属粉末激光烧结3D打印制备具有垂直相交的第一平面和第二平面的金属基底；对所述第二平面的表面涂上第二保护层，然后在所述第一平面的表面滴加表面处理液，使所述第一平面的表面被表面处理液完全浸润；采用溶解液溶解所述第二保护层，然后对所述第一平面的表面涂上第一保护层，接着在所述第二平面的表面滴加表面处理液，使所述第二平面的表面被表面处理液完全浸润；后处理。本发明的具有双平面垂直梯度润湿特征的功能材料的两个垂直相交平面分别具有接触角连续或阶梯变化的特征，填补了X‑Y‑Z立体梯度润湿表面材料的空白。

技术领域

本发明涉及功能梯度材料技术领域，具体涉及一种具有双平面垂填梯度润湿特征的功能材料及其制备方法。

背景技术

功能梯度材料是指材料的结构、性能、组分随时间或空间阶梯变化或连续变化的一种新型材料。功能梯度材料的微米、纳米、分子等微观结构是形成功能梯度的核心本质。一般来说，可通过表面接触角大小来衡量表面润湿性强弱。材料表面润湿性一般由表面的化学组成和微观结构共同决定。梯度润湿材料是指材料的表面接触角呈现梯度阶梯变化或连续变化的特征。梯度润湿材料以其独特性能，在高效换热、相变冷凝、能量交换等领域具有广泛应用前经景。

现有的梯度润湿表面主要集中在X-Y平面梯度润湿表面的制备。如Chaudhury等在《Science》(2001年第291卷第633～636页)发表的《Fast drop movements resulting fromthe phase change on a gradient surface》文章中，描述了接触角从100°减小到0°梯度润湿表面上的气相冷凝换热，热气流在该表面以滴状形式凝结；通过气相冷凝和梯度润湿表面的共同作用，小液滴聚结成大液滴，换热表面不断更新，换热效果可提高一倍。Suman,B在《Microfluidics and Nanofluidics》(2008年第5卷第655～667页)发表的《Effects ofa surface-tension gradient on the performance of a micro-grooved heat pipe:ananalytical study》文章中，介绍了具有梯度表面张力的表面能够有效降低热管内流体压降，提高液体流动性，加快热管内工质的回流速率和回流量，提高热管换热性能。以上制备的梯度润湿功能表面主要集中在X-Y平面的梯度润湿表面制备，缺乏竖直Z平面方向的梯度润湿表面制备，缺少对X-Y-Z立体梯度润湿表面的关注，限制了梯度润湿材料的进一步应用。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术中梯度润湿功能表面集中在X-Y平面的梯度润湿表面，没有X-Y-Z立体梯度润湿表面的材料，提供了一种制备具有双平面垂直梯度润湿特征的功能材料的方法，该方法获得的功能材料的两个相互垂直的平面均具有接触角连续或阶梯变化的特征，扩大梯度润湿表面材料的应用范围。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种具有双平面垂直梯度润湿特征的功能材料的制备方法，其包括以下步骤：

S1、制备金属基底：采用金属粉末激光烧结3D打印制备具有垂直相交的第一平面和第二平面的金属基底；

S2、第一次表面处理：对所述第二平面的表面涂上第二保护层，然后在所述第一平面的表面滴加表面处理液，使所述第一平面的表面被表面处理液完全浸润；

S3、第二次表面处理：采用溶解液溶解所述第二保护层，然后对所述第一平面的表面涂上第一保护层，接着在所述第二平面的表面滴加表面处理液，使所述第二平面的表面被表面处理液完全浸润；

S4、后处理：采用溶解液溶解所述第一保护层，得到金属功能材料，再用水清洗金属功能材料的表面、干燥；

所述表面处理液按重量份计包括碱性溶液1～50份、氧化性溶液0.01～30份、水10～100份混合而成。