本發(fā)明涉及功能材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種液體注入型超滑表面及其激光精密微加工方法。

背景技術(shù)：

2011年，哈佛大學(xué)的Aizenberg課題組受到豬籠草利用瓶狀葉光滑的葉邊緣捕食昆蟲的啟發(fā)，第一次提出了易滑液體注入多孔表面的概念，也稱為超滑表面。通過制備疏松多孔的基底并灌注潤滑油，獲得了動(dòng)態(tài)油膜覆蓋的超滑表面。由于用液-液界面取代傳統(tǒng)的固-液界面，接觸面的粗糙度降低到分子級(jí)別，因此超滑表面上的液滴能夠以很小的滾動(dòng)角滾動(dòng)。這與同樣具有低滾動(dòng)角特性的超疏水表面相似，但超疏水表面的缺陷在于表面能較低的液體如十六烷、苯基硅油等接觸超疏水表面時(shí)會(huì)浸入表面微納結(jié)構(gòu)，而另一缺陷在于液滴以一定的動(dòng)能沖擊表面時(shí)有破壞表面微納結(jié)構(gòu)的可能，也更容易浸入表面的微納結(jié)構(gòu)，從而導(dǎo)致超疏水狀態(tài)的失效。此外低表面能涂層或化學(xué)基團(tuán)長期使用后容易退化或沾污，例如細(xì)菌與表面接觸時(shí)會(huì)產(chǎn)生蛋白質(zhì)等生物大分子吸附在表面上使得低表面能退化，從而喪失超疏液性能。

超滑表面本質(zhì)上是用微納結(jié)構(gòu)中填充的油代替了超疏液表面微納結(jié)構(gòu)中的空氣，低表面能液體也能夠以較小的角度在超滑表面滾動(dòng)而不浸入到基底間隙。除了低黏附和自清潔，超滑表面受損之后還能夠自修復(fù)，因?yàn)槌砻嫔系臐櫥湍軌蛟诿?xì)作用下流動(dòng)來填充劃痕空隙。由于超滑表面具有以上諸多優(yōu)勢(shì)，其在液滴操控、流體輸運(yùn)、防結(jié)冰、抗菌等領(lǐng)域展現(xiàn)出極大的優(yōu)勢(shì)和應(yīng)用前景。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種成本低、速度快、簡單便捷的液體注入型超滑表面及其激光精密微加工方法。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案具體如下：

一種液體注入型超滑表面，以金屬作為基底，首先采用激光刻蝕的方式在金屬表面制備微納復(fù)合結(jié)構(gòu)，并通過烘烤得到超疏水表面，最后將注入液體覆蓋在超疏水表面，進(jìn)而獲得液體注入型超滑表面。

在上述技術(shù)方案中，所述金屬為不銹鋼、鋁合金、黃銅或鈦合金。

在上述技術(shù)方案中，所述注入液體為硅油、菜籽油或橄欖油。

在上述技術(shù)方案中，所述微納復(fù)合結(jié)構(gòu)為微米級(jí)乳突結(jié)構(gòu)，以及納米級(jí)絨毛結(jié)構(gòu)。

一種液體注入型超滑表面激光精密微加工方法，包括以下步驟：

步驟一：將金屬樣品表面進(jìn)行打磨處理，使其光滑并去除氧化膜；

步驟二：將步驟一得到的打磨處理后的金屬樣品放在超聲波清洗儀中清洗，清洗干凈后，將金屬樣品用冷風(fēng)吹干或室溫自然晾干，得到潔凈的金屬樣品；

步驟三：利用激光加工技術(shù)，采用短脈沖激光器將步驟二得到的潔凈的金屬樣品進(jìn)行激光掃描處理，在金屬表面制備微納復(fù)合結(jié)構(gòu)；

步驟四：將步驟三得到的經(jīng)過激光加工處理后的金屬樣品放在超聲波清洗儀中清洗，清洗干凈后，放入恒溫恒濕電熱干燥箱內(nèi)烘烤，得到超疏水表面；

步驟五：將注入液體滴加至步驟四得到的超疏水表面上，最終獲得穩(wěn)定的液體注入型超滑表面。

在上述技術(shù)方案中，步驟一具體為：依次使用400目、1200目和2000目砂紙對(duì)金屬樣品表面進(jìn)行打磨處理，使其光滑并去除氧化膜。

在上述技術(shù)方案中，步驟二中所述將步驟一得到的打磨處理后的金屬樣品放在超聲波清洗儀中清洗具體為：先用無水乙醇超聲清洗，再用蒸餾水超聲清洗，分別進(jìn)行超聲清洗10min，其超聲頻率為20～40KHz，功率范圍為100～150W。

在上述技術(shù)方案中，步驟三中所述短脈沖激光器波長為570～1064nm，平均功率小于300W，激光頻率可調(diào)，間距為10～100μm。

在上述技術(shù)方案中，所述步驟四具體為：將步驟三得到的經(jīng)過激光加工處理后的金屬樣品放在超聲波清洗儀中清洗，先用無水乙醇清洗，再用蒸餾水清洗，分別進(jìn)行清洗10min，其超聲頻率為20～40KHz，功率范圍為100～150W，所述金屬樣品放入恒溫恒濕電熱干燥箱內(nèi)烘烤，其烘干溫度為80℃，時(shí)間為20min。

在上述技術(shù)方案中，所述步驟五具體為：將注入液體滴加至步驟四得到的超疏水表面上，直至超疏水表面全部被注入液體覆蓋，并將樣品傾斜20°放置2小時(shí)，移除表面多余的注入液體，最終獲得穩(wěn)定的液體注入型超滑表面。

本發(fā)明的有益效果是：

1)本發(fā)明提供的液體注入型超滑表面激光精密微加工方法，是將不銹鋼、鋁合金、黃銅或鈦合金等金屬作為基底，采用激光精密加工技術(shù)在金屬表面制備微納復(fù)合結(jié)構(gòu)，工藝流程簡單易操作，無需其他化學(xué)添加劑，無毒副作用及污染，適用于大范圍大規(guī)模生產(chǎn)。

2)本發(fā)明提供的液體注入型超滑表面具有優(yōu)異防粘超滑特性，測(cè)試液滴包括水滴、酸溶液、堿溶液、湖水、海水、血清、甘油和番茄醬，其很容易在液體注入型超滑表面滑落，降低測(cè)試液體在液體注入型超滑的滯留時(shí)間與概率。

附圖說明

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。

圖1為本發(fā)明提供的液體注入型超滑表面的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為實(shí)施例1的液體注入型不銹鋼超滑表面形貌掃描電鏡照片一；

圖3為實(shí)施例1的液體注入型不銹鋼超滑表面形貌掃描電鏡照片二。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做以詳細(xì)說明。

本發(fā)明提供的液體注入型超滑表面激光精密微加工方法具體步驟如下：

步驟一：依次使用400目、1200目和2000目砂紙對(duì)金屬樣品表面進(jìn)行打磨處理，使其光滑并去除氧化膜；

步驟二：將步驟一得到的打磨處理后的金屬樣品放在超聲波清洗儀中清洗，先用無水乙醇清洗，再用蒸餾水清洗，分別進(jìn)行清洗10min，其超聲頻率為20～40KHz，功率范圍為100～150W，清洗干凈后，將樣品用冷風(fēng)吹干或室溫自然晾干，得到潔凈的金屬樣品；

步驟三：利用激光加工技術(shù)，采用短脈沖激光器將步驟二得到的潔凈的金屬樣品進(jìn)行激光掃描處理；激光的掃描范圍、掃描軌跡和加工速度均由計(jì)算機(jī)程序控制和設(shè)定，調(diào)節(jié)好相關(guān)的工藝參數(shù)后點(diǎn)擊加工開關(guān)，開始加工，在金屬表面制備微納復(fù)合結(jié)構(gòu)；所述短脈沖激光器波長為570～1064nm，平均功率小于300W，激光頻率可調(diào)，間距為10～100μm；

步驟四：將步驟三得到的經(jīng)過激光加工處理后的金屬樣品放在超聲波清洗儀中清洗，先用無水乙醇清洗，再用蒸餾水清洗，分別進(jìn)行清洗10min，其超聲頻率為20～40KHz，功率范圍為100～150W，清洗干凈后，放入恒溫恒濕電熱干燥箱內(nèi)烘烤，其烘干溫度為80℃，時(shí)間為20min，得到超疏水表面；

步驟五：將硅油、菜籽油或橄欖油等注入液體滴加至步驟四得到的超疏水表面上，直至超疏水表面全部被注入液體覆蓋，并將試樣傾斜20°放置2小時(shí)，移除表面多余的注入液體，最終獲得穩(wěn)定的液體注入型超滑表面。

下述實(shí)施例中所使用的實(shí)驗(yàn)方法如無特殊說明，均為常規(guī)方法。

下述實(shí)施例中所用的材料、試劑等，如無特殊說明，均可從商業(yè)途徑得到。

如附圖1所示，首先采用激光刻蝕的方式在金屬表面制備微納復(fù)合結(jié)構(gòu)，所形成的微納復(fù)合結(jié)構(gòu)為微米級(jí)乳突結(jié)構(gòu)，以及納米級(jí)絨毛結(jié)構(gòu)，并通過烘烤得到超疏水表面，最后將注入液體覆蓋在超疏水表面，進(jìn)而獲得液體注入型超滑表面。液體注入型超滑表面測(cè)試液體為水滴、酸溶液、堿溶液、湖水、海水、血清、甘油以及番茄醬。測(cè)試結(jié)果表明：測(cè)試液體很容易在液體注入型超滑表面滑落，能夠降低測(cè)試液體在表面的滯留時(shí)間與概率。

實(shí)施例1

液體注入型不銹鋼超滑表面激光精密微加工方法的步驟如下:

步驟一：依次使用400目、1200目和2000目砂紙對(duì)不銹鋼表面進(jìn)行打磨，使其光滑并去除氧化膜；

步驟二：將不銹鋼表面依次放在盛有無水乙醇和去離子水的超聲波清洗儀中清洗，分別進(jìn)行清洗10min，超聲頻率為20～40KHz，功率范圍為100～150W。清洗干凈后，將所述不銹鋼表面用冷風(fēng)吹干或室溫自然晾干，得到潔凈的不銹鋼表面；

步驟三：利用激光加工技術(shù)，采用波長為570～1064nm激光束對(duì)步驟一所述得到的潔凈的不銹鋼樣品進(jìn)行激光掃描加工，平均功率小于300W；激光的掃描范圍、掃描軌跡和加工速度均由計(jì)算機(jī)程序控制和設(shè)定，調(diào)節(jié)好相關(guān)的工藝參數(shù)后點(diǎn)擊加工開關(guān)，激光頻率可調(diào)，間距分別為10～100μm，開始加工。加工結(jié)束后，取出加工好的不銹鋼樣品。在不銹鋼表面上形成均勻的微米與納米復(fù)合結(jié)構(gòu)(如附圖2和3所示)；

步驟四：將步驟三所述經(jīng)過激光加工處理后得到的不銹鋼樣品依次放在盛有無水乙醇和去離子水的超聲波清洗儀中清洗，分別進(jìn)行清洗10min，超聲頻率為20～40KHz，功率范圍為100～150W，清洗干凈后，放入溫度為80℃的恒溫恒濕電熱干燥箱內(nèi)烘烤20min；

步驟五：將硅油滴加至步驟四所述經(jīng)過烘烤處理后得到的不銹鋼樣品粗糙結(jié)構(gòu)，直至表面全部被注入液體覆蓋，并將試樣傾斜20°放置2小時(shí)，移除表面多余的注入液體，最終獲得穩(wěn)定的液體注入型不銹鋼超滑表面。

實(shí)施例2

液體注入型鋁合金超滑表面激光精密微加工方法的步驟如下:

步驟一：依次使用400目、1200目和2000目砂紙對(duì)鋁合金表面進(jìn)行打磨，使其光滑并去除氧化膜；

步驟二：將鋁合金表面依次放在盛有無水乙醇和去離子水的超聲波清洗儀中清洗，分別進(jìn)行清洗10min，超聲頻率為20～40KHz，功率范圍為100～150W。清洗干凈后，將所述鋁合金表面用冷風(fēng)吹干或室溫自然晾干，得到潔凈的鋁合金表面；

步驟三：利用激光加工技術(shù)，采用波長為570～1064nm激光束對(duì)步驟一所述得到的潔凈鋁合金樣品進(jìn)行激光掃描加工，平均功率小于300W；激光的掃描范圍、掃描軌跡和加工速度均由計(jì)算機(jī)程序控制和設(shè)定，調(diào)節(jié)好相關(guān)的工藝參數(shù)后點(diǎn)擊加工開關(guān)，激光頻率可調(diào)，間距分別為10～100μm，開始加工。加工結(jié)束后，取出加工好的鋁合金樣品。在鋁合金表面上形成均勻的微米與納米復(fù)合結(jié)構(gòu)；

步驟四：將步驟三所述經(jīng)過激光加工處理后得到的鋁合金樣品依次放在盛有無水乙醇和去離子水的超聲波清洗儀中清洗，分別進(jìn)行清洗10min，超聲頻率為20～40KHz，功率范圍為100～150W，清洗干凈后，放入溫度為80℃的恒溫恒濕電熱干燥箱內(nèi)烘烤20min；

步驟五：將菜籽油滴加至步驟四所述經(jīng)過烘烤處理后得到的鋁合金樣品粗糙結(jié)構(gòu)，直至表面全部被注入液體覆蓋，并將試樣傾斜20°放置2小時(shí)，移除表面多余的注入液體，最終獲得穩(wěn)定的液體注入型鋁合金超滑表面。

實(shí)施例3

液體注入型黃銅超滑表面激光精密微加工方法的步驟如下:

步驟一：依次使用400目、1200目和2000目砂紙對(duì)黃銅表面進(jìn)行打磨，使其光滑并去除氧化膜；

步驟二：將黃銅表面依次放在盛有無水乙醇和去離子水的超聲波清洗儀中清洗，分別進(jìn)行清洗10min，超聲頻率為20～40KHz，功率范圍為100～150W。清洗干凈后，將所述黃銅表面用冷風(fēng)吹干或室溫自然晾干，得到潔凈的黃銅表面；

步驟三：利用激光加工技術(shù)，采用波長為570～1064nm激光束對(duì)步驟一所述得到的潔凈黃銅樣品進(jìn)行激光掃描加工，平均功率小于300W；激光的掃描范圍、掃描軌跡和加工速度均由計(jì)算機(jī)程序控制和設(shè)定，調(diào)節(jié)好相關(guān)的工藝參數(shù)后點(diǎn)擊加工開關(guān)，激光頻率可調(diào)，間距分別為10～100μm，開始加工。加工結(jié)束后，取出加工好的黃銅樣品。在黃銅表面上形成均勻的微米與納米復(fù)合結(jié)構(gòu)；

步驟四：將步驟三所述經(jīng)過激光加工處理后得到的黃銅樣品依次放在盛有無水乙醇和去離子水的超聲波清洗儀中清洗，分別進(jìn)行清洗10min，超聲頻率為20～40KHz，功率范圍為100～150W，清洗干凈后，放入溫度為80℃的恒溫恒濕電熱干燥箱內(nèi)烘烤20min；

步驟五：將橄欖油滴加至步驟四所述經(jīng)過烘烤處理后得到的黃銅樣品粗糙結(jié)構(gòu)，直至表面全部被注入液體覆蓋，并將試樣傾斜20°放置2小時(shí)，移除表面多余的注入液體，最終獲得穩(wěn)定的液體注入型黃銅超滑表面。

實(shí)施例4

液體注入型鈦合金超滑表面激光精密微加工方法的步驟如下:

步驟一：依次使用400目、1200目和2000目砂紙對(duì)鈦合金表面進(jìn)行打磨，使其光滑并去除氧化膜；

步驟二：將鈦合金表面依次放在盛有無水乙醇和去離子水的超聲波清洗儀中清洗，分別進(jìn)行清洗10min，超聲頻率為20～40KHz，功率范圍為100～150W。清洗干凈后，將所述鈦合金表面用冷風(fēng)吹干或室溫自然晾干，得到潔凈的鈦合金表面；

步驟三：利用激光加工技術(shù)，采用波長為570～1064nm激光束對(duì)步驟一所述得到的潔凈鈦合金樣品進(jìn)行激光掃描加工，平均功率小于300W；激光的掃描范圍、掃描軌跡和加工速度均由計(jì)算機(jī)程序控制和設(shè)定，調(diào)節(jié)好相關(guān)的工藝參數(shù)后點(diǎn)擊加工開關(guān)，激光頻率可調(diào)，間距分別為10～100μm，開始加工。加工結(jié)束后，取出加工好的鈦合金樣品。在鈦合金表面上形成均勻的微米與納米復(fù)合結(jié)構(gòu)；

步驟四：將步驟三所述經(jīng)過激光加工處理后得到的鈦合金樣品依次放在盛有無水乙醇和去離子水的超聲波清洗儀中清洗，分別進(jìn)行清洗10min，超聲頻率為20～40KHz，功率范圍為100～150W，清洗干凈后，放入溫度為80℃的恒溫恒濕電熱干燥箱內(nèi)烘烤20min；

步驟五：將硅油滴加至步驟四所述經(jīng)過烘烤處理后得到的鈦合金樣品粗糙結(jié)構(gòu)，直至表面全部被注入液體覆蓋，并將試樣傾斜20°放置2小時(shí)，移除表面多余的注入液體，最終獲得穩(wěn)定的液體注入型鈦合金超滑表面。

顯然，上述實(shí)施例僅僅是為清楚地說明所作的舉例，而并非對(duì)實(shí)施方式的限定。對(duì)于所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在上述說明的基礎(chǔ)上還可以做出其它不同形式的變化或變動(dòng)。這里無需也無法對(duì)所有的實(shí)施方式予以窮舉。而由此所引伸出的顯而易見的變化或變動(dòng)仍處于本發(fā)明創(chuàng)造的保護(hù)范圍之中。