CN106757293B - 一种结构型浸润梯度表面的制备装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种结构型浸润梯度表面的制备装置，包括电镀电源、装有电镀液的电镀槽、浸入所述电镀液中且分别与所述电镀电源的阳极连接的阳极板和与所述电镀电源的阴极连接的阴极板，所述阳极板与所述阴极板呈设定倾斜角度且所述阳极板与所述阴极板之间的间距随极板布置方向呈连续梯度变化。该制备装置通过阳极板与阴极板呈设定角度固定在电镀液中，使电镀电流在电极布置方向上连续变化，从而在阴极板上形成的金属颗粒大小及疏密程度呈梯度变化的结构型浸润梯度表面，制备过程简单，结构简单，易于实现，可通过调控电镀参数、阳极板与阴极板间距及布置角度、阳极板化学成分等制备各类满足实际工业需求的浸润梯度表面。

Description

一种结构型浸润梯度表面的制备装置

技术领域

本发明涉及材料制备技术领域，特别是涉及一种结构型浸润梯度表面的制备装置。

背景技术

浸润梯度表面是指表面浸润性随着表面位置的变化而连续变化的一种特殊梯度表面。由于特殊的浸润性能，梯度表面可实现液体的定向输送，从而在制药、智能微流体器件等方面具有重要作用；同时，这种液体定向输送不受重力条件的影响，因此可应用于航空航天及潜艇工程；借助液滴的定向移动，蒸汽冷凝可形成稳定的滴状冷凝，极大地强化冷凝换热；另外，浸润梯度可实现蛋白质和细胞的高效吸附和分离。因此，近年来，浸润性梯度表面受到了材料、化工、能源动力及生物工程等领域的广泛关注。

表面浸润性主要由料化学成分及表面微观结构共同决定，因此浸润性梯度表面主要分为化学组成类浸润性梯度表面和结构类浸润性梯度表面。化学组成类浸润性梯度表面是指表面化学组成或化学基团的含量随表面位置的变化而呈梯度式变化，进而伴随着表面浸润性呈现梯度式变化的表面。其构造方法主要是扩散法，即利用物质扩散时，离源点越近，物质在基底的沉积则越多，离源点越远，则物质沉积越少这一原理，让某种化学元素在基体上形成浓度梯度，从而形成浸润梯度。

结构型浸润梯度表面是指表面微观结构单元疏密程度呈梯度是变化，进而呈现出浸润性梯度变化的表面。但是，没有专用制造结构型浸润梯度表面的制备装置，不易制备，更不能进行定量控制和精细操纵，制备质量和精度较差。

综上所述，如何有效地解决结构型浸润梯度表面不易制备等问题，是目前本领域技术人员急需解决的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种结构型浸润梯度表面的制备装置，该制备装置有效地解决了结构型浸润梯度表面不易制备等问题。

为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：

一种结构型浸润梯度表面的制备装置，包括电镀电源、装有电镀液的电镀槽、浸入所述电镀液中且分别与所述电镀电源的阳极连接的阳极板和与所述电镀电源的阴极连接的阴极板，所述阳极板与所述阴极板呈设定倾斜角度且所述阳极板与所述阴极板之间的间距随极板布置方向呈连续梯度变化。

优选地，所述电镀槽内设置有与所述电镀槽底面垂直的阳极卡槽板和阴极卡槽板，所述阳极卡槽板与所述阴极卡槽板呈所述设定倾斜角度布置，所述阳极板所与述阴极板分别紧贴在所述阳极卡槽板与所述阴极卡槽板上。

优选地，所述阳极卡槽板和所述阴极卡槽板均能够沿所述电镀槽的镀槽板移动；

所述阳极卡槽板或者所述阴极卡槽板开设有两个分别将两平行所述镀槽板卡入卡口中的凹槽，两个所述凹槽的内沿间距小于两平行所述镀槽板的间距。

优选地，所述阳极卡槽板或者所述阴极卡槽板与所述镀槽板之间的夹角可调；

所述阳极卡槽板与所述镀槽板之间的夹角为90°，所述阴极卡槽板与所述镀槽板之间的夹角可调。

优选地，所述阳极卡槽板上开有两个宽度相同的相同凹槽，且所述相同凹槽的宽度比所述镀槽板的厚度大第一预设值；

所述阴极卡槽板上在远离所述阳极板的一侧开有宽凹槽，在靠近所述阳极板的一侧开有窄凹槽，所述宽凹槽的宽度比所述镀槽板的厚度大第二预设值，所述窄凹槽的宽度比所述镀槽板的厚度大第三预设值，所述第二预设值大于所述第三预设值。

优选地，所述凹槽的外沿上开设有螺纹孔，所述螺纹孔内旋入有紧固螺栓，且所述紧固螺栓的端部抵接于所述镀槽板上；

所述紧固螺栓末端设置有弹性垫片。

优选地，所述电镀槽放置于磁力搅拌器上，所述电镀液中放入与所述磁力搅拌器相配合的磁转子，所述磁转子速度通过调速旋钮控制。

优选地，所述阳极板为可溶性金属板，其化学元素与所述电镀液中金属阳离子元素相同。

优选地，所述阳极卡槽板、所述阴极卡槽板、所述电镀槽的镀槽板均为电绝缘板。

优选地，所述阳极板和所述阴极板通过鳄鱼夹分别夹持在所述阳极卡槽板和所述阴极卡槽板上。

本发明所提供的结构型浸润梯度表面的制备装置，包括电镀电源、电镀槽、阳极板和阴极板，电镀槽内装有电镀液，阳极板和阴极板浸入电镀液中，且阳极板与电镀电源的阳极连接，阴极板与电镀电源的阴极连接，电镀电源、阳极板、阴极板、电镀液形成封闭电镀电路。阳极板与阴极板呈设定倾斜角度，且阳极板与阴极板之间的间距随极板布置方向呈连续梯度变化，电镀时，阳极板和阴极板间加恒定电压时，由于沿极板布置方向极板间距不同，导致电阻不同，从而电镀电流沿极板布置方向连续梯度变化，而电镀电流是影响电镀层微观结构紧致程度的关键参数，在阴极板上电镀生成的金属颗粒大小与阳极板与阴极板之间的间距呈梯度变化，从而形成结构型浸润梯度表面。电镀完成后，阴极板上将布满金属颗粒，其化学成分与阳极板相同。金属颗粒的密集程度在阴极板上呈梯度分布，不同位置处金属颗粒大小及金属颗粒间间距有所变化。举例说明，仅以三个典型区域加以描述：距阳极板较近一端，由于极板间距小，电阻小，在相同电压下，电镀电流大，因此电镀形成的金属颗粒较粗，金属颗粒间的间距较大，形成稀疏区。距阳极板较远一端，则相反，电镀电流小，形成的金属颗粒较细且金属颗粒间距较小，形成致密区。在阴极板正中间，金属颗粒较细且金属颗粒间距适中，称为密集区。

本发明所提供的结构型浸润梯度表面的制备装置通过阳极板与阴极板呈设定角度固定在电镀液中，使电镀电流在电极布置方向上连续变化，从而在阴极板上形成的金属颗粒大小及疏密程度呈梯度变化的结构型浸润梯度表面，制备过程简单，结构简单，易于实现，可通过调控电镀参数、阳极板与阴极板间距及布置角度、阳极板化学成分等制备各类满足实际工业需求的浸润梯度表面，能进行定量控制和精细操纵，制备质量和精度较好，可广泛应用于材料、化工、能源动力及生物工程等领域。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明中一种具体实施方式所提供的结构型浸润梯度表面的制备装置的结构示意图；

图2为图1中阴极卡槽板的装配示意图；

图3为制备后阴极板表面微观结构示意图。

附图中标记如下：

1-电镀电源、2-鳄鱼夹、3-阳极板、4-阴极板、5-阳极卡槽板、6-阴极卡槽板、7-电镀槽、8-电镀液、9-磁转子、10-磁力搅拌器、11-调速旋钮、12-镀槽板、13-宽凹槽、14-窄凹槽、15-紧固螺栓、16-螺纹孔、17-弹性垫片、18-金属颗粒、19-稀疏区、20-密集区、21-致密区。

具体实施方式

本发明的核心是提供一种结构型浸润梯度表面的制备装置，该制备装置有效地解决了结构型浸润梯度表面不易制备等问题。

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参考图1至图3，图1为本发明中一种具体实施方式所提供的结构型浸润梯度表面的制备装置的结构示意图；图2为图1中阴极卡槽板的装配示意图；图3为制备后阴极板表面微观结构示意图。

在一种具体实施方式中，本发明所提供的结构型浸润梯度表面的制备装置，包括电镀电源1、电镀槽7、阳极板3和阴极板4，电镀槽7内装有电镀液8，比如电镀液8采用0.4mol/L硫酸铜和0.5mol/L硫酸的混合水溶液，阳极板3和阴极板4浸入电镀液8中，且阳极板3与电镀电源1的阳极连接，阴极板4与电镀电源1的阴极连接，比如电镀电源1选用量程15V，30A的直流电源，阳极板3和阴极板4均采用紫铜材料，其外形尺寸相同，长70mm，宽60mm，厚3mm，并通过导电鳄鱼夹2分别连接到电镀电源1的正极、负极，电镀电源1、阳极板3、阴极板4、电镀液8形成封闭电镀电路。阳极板3与阴极板4呈设定倾斜角度，且阳极板3与阴极板4之间的间距随极板布置方向呈连续梯度变化，电镀时，阳极板3和阴极板4间加恒定电压时，由于沿极板布置方向极板间距不同，导致电阻不同，从而电镀电流沿极板布置方向连续梯度变化，而电镀电流是影响电镀层微观结构紧致程度的关键参数，在阴极板4上电镀生成的金属颗粒18大小与阳极板3与阴极板4之间的间距呈梯度变化，从而形成结构型浸润梯度表面。比如，阴极板4和阳极板3间距为80mm，倾角为60°，保持阴极板4和阳极板3间电压为12V，电镀4min后，即可在阴极板4上形成结构型浸润梯度表面。电镀完成后，阴极板4上将布满金属颗粒18，其化学成分与阳极板3相同。金属颗粒18的密集程度在阴极板4上呈梯度分布，不同位置处金属颗粒18大小及金属颗粒18间间距有所变化。举例说明，仅以三个典型区域加以描述：距阳极板3较近一端，由于极板间距小，电阻小，在相同电压下，电镀电流大，因此电镀形成的金属颗粒18较粗，金属颗粒18间的间距较大，形成稀疏区19。距阳极板3较远一端，则相反，电镀电流小，形成的金属颗粒18较细且金属颗粒18间距较小，形成致密区21。在阴极板4正中间，金属颗粒18较细且金属颗粒18间距适中，称为密集区20。

本发明所提供的结构型浸润梯度表面的制备装置通过阳极板3与阴极板4呈设定角度固定在电镀液8中，使电镀电流在电极布置方向上连续变化，从而在阴极板4上形成的金属颗粒18大小及疏密程度呈梯度变化的结构型浸润梯度表面，制备过程简单，结构简单，易于实现，可通过调控电镀参数、阳极板3与阴极板4间距及布置角度、阳极板3化学成分等制备各类满足实际工业需求的浸润梯度表面，能进行定量控制和精细操纵，制备质量和精度较好，可广泛应用于材料、化工、能源动力及生物工程等领域。

上述结构型浸润梯度表面的制备装置仅是一种优选方案，具体并不局限于此，在此基础上可根据实际需要做出具有针对性的调整，从而得到不同的实施方式，电镀槽7内设置有阳极卡槽板5和阴极卡槽板6，阳极卡槽板5和阴极卡槽板6与电镀槽7底面垂直，阳极卡槽板5与阴极卡槽板6呈设定倾斜角度布置，阳极板3所与述阴极板4分别紧贴在阳极卡槽板5与阴极卡槽板6上，比如阳极板3和阴极板4通过鳄鱼夹2分别夹持在阳极卡槽板5和阴极卡槽板6上，固定方便，使极板在电镀液8中实现悬挂与定位，通过调整阳极卡槽板5与阴极卡槽板6之间设定倾斜角度，来调整阳极板3与阴极板4呈设定倾斜角度，调整方便，易于操作。

在上述具体实施方式的基础上，本领域技术人员可以根据具体场合的不同，对结构型浸润梯度表面的制备装置进行若干改变，阳极卡槽板5和阴极卡槽板6均能够沿电镀槽7的镀槽板12自由移动，以调整节阳极板3与阴极板4的间距，适应不同金属电镀及调控梯度表面浸润性的梯度变化程度。阳极卡槽板5和阴极卡槽板6可以同时移动，调整更加灵活；也可以一个固定，移动另外一个，调整方式较简单，具体形式不受限制，可以根据具体使用情况而定。

具体地说，阳极卡槽板5或者阴极卡槽板6开设有两个凹槽，两个凹槽的内沿间距小于两平行镀槽板12的间距，两个凹槽的外沿间距大于两平行镀槽板12的间距，两个凹槽分别将两平行镀槽板12卡入卡口中，沿镀槽板12移动，结构简单，易于加工，便于操作。需要说明的是，电镀槽7具有两平行镀槽板12，电镀槽7可以为距形槽，比如内侧长238mm，宽63mm，高125mm的距形槽，由五块有机玻璃板拼接而成，其中与阳极板3垂直的两块镀槽板12厚5.7mm。

显然，在这种思想的指导下，本领域的技术人员可以根据具体场合的不同对上述具体实施方式进行若干改变，阳极卡槽板5或者阴极卡槽板6与镀槽板12之间的夹角可调，以调节阳极板3与阴极板4的相对倾斜角度，适应不同金属电镀及调控梯度表面浸润性的梯度变化程度。

具体地说，阳极卡槽板5与镀槽板12之间的夹角为90°，阳极卡槽板5与镀槽板12垂直，此时阳极卡槽板5与镀槽板12的角度固定，阳极卡槽板5与阴极卡槽板6的角度通过调整阴极卡槽板6与镀槽板12之间的夹角，调整方式相对简单，易于操作。

需要特别指出的是，本发明所提供的结构型浸润梯度表面的制备装置不应被限制于此种情形，阳极卡槽板5上开有两个宽度相同的相同凹槽，且相同凹槽的宽度比镀槽板12的厚度大第一预设值，此时阳极卡槽板5可以沿镀槽板12移动，固定阳极卡槽板5与镀槽板12的角度，简化调整方式。

阴极卡槽板6上在远离阳极板3的一侧开有宽凹槽13，在靠近阳极板3的一侧开有窄凹槽14，宽凹槽13的宽度比镀槽板12的厚度大第二预设值，窄凹槽14的宽度比镀槽板12的厚度大第三预设值，第二预设值大于第三预设值。也就是说，离阳极板3较远的一侧，凹槽宽度远大于镀槽板12的厚度，称为宽凹槽13，以保证阴极板4卡槽板倾斜放置后该凹槽仍能将镀槽板12包含在卡口中。离阳极板3较近的一侧，凹槽宽度略大于镀槽板12的厚度即可，称为窄凹槽14。且宽凹槽13与窄凹槽14内沿间距小于两镀槽板12间距，即电镀槽7的宽度。使用时，将阴极卡槽板6在镀槽板12上移动到合适的位置，并调整阴极卡槽板6与镀槽板12的夹角，结构简单，易于调整。

需要说明的是，阴极卡槽板6与镀槽板12之间的夹角不受限制，比如可调范围为30°～90°之间任意值，包括端点值，比如，宽凹槽13宽度远大于镀槽板12，为75mm；窄凹槽14宽度略大于镀槽板12的厚度，为21mm，而两凹槽內沿间距59mm。根据几何距离计算，当阴极卡槽板6卡入镀槽板12时，阴极卡槽板6卡入镀槽板12的夹角范围为30°～90°。可调范围为30°～90°，调整角度较大，可以适应不同金属电镀及调控梯度表面浸润性的梯度变化程度，梯度表面浸润性的梯度变化程度较大。

对于上述各个实施例中的结构型浸润梯度表面的制备装置，凹槽的外沿上开设有螺纹孔16，螺纹孔16内旋入有紧固螺栓15，也就是紧固螺栓15旋入凹槽外沿上的螺纹孔16，且紧固螺栓15的端部抵接于镀槽板12上，固定阳极卡槽板5或者阴极卡槽板6的位置。

紧固螺栓15末端设置有弹性垫片17，紧固螺栓15的端部抵接于镀槽板12上时紧固螺栓15与镀槽板12间夹持柔软的橡胶材质的弹性垫片17，弹性垫片17与紧固螺栓15端部及镀槽板12贴合，从而在牢固安装卡槽的同时，防止镀槽板12被紧固螺栓15挤碎。

为了进一步优化上述技术方案，电镀槽7放置于磁力搅拌器10上，电镀液8中放入与磁力搅拌器10相配合的磁转子9，磁转子9速度通过调速旋钮11控制，从而实现磁转子9对电镀液88进行搅拌，以保证极板间电镀液8浓度均匀，防止电镀液8中离子浓度空间分布不均影响阴极板4梯度表面微观结构，保证质量。

在上述各个具体实施例的基础上，阳极板3为可溶性金属板，其化学元素与电镀液8中金属阳离子元素相同，从而保证电镀液8中金属离子浓度、PH值等性质恒定，使电镀过程处于准稳态，避免电镀液8物理化学性质随时间变化影响阴极板4结构梯度表面电镀质量。比如阳极板3及电镀液8中金属阳离子元素均为铜，电镀过程将处于准稳态，不需要补充任何化学试剂，避免了电镀液8物理化学性质随时间变化对阴极板4上电镀质量的影响。

本发明所提供的另一创造性思想在于，阳极卡槽板5、阴极卡槽板6、电镀槽7的镀槽板12均为电绝缘板，阳极卡槽板5、阴极卡槽板6、镀槽板12均采用电绝缘材料，以防止漏电，保证电镀操作者人身安全。

优选地，阳极卡槽板5、阴极卡槽板6、镀槽板12均为透明有机玻璃板，阳极卡槽板55、阴极卡槽板6以及镀槽板12均采用透明有机玻璃材质，防止漏电的同时可从侧面透过电镀槽7观察极板上的电镀反应情况。

在上述各个具体实施例的基础上，阳极板3和阴极板4通过鳄鱼夹2分别夹持在阳极卡槽板5和阴极卡槽板6上，固定方便，使极板在电镀液8中实现悬挂与定位。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语内、外等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (7)

1.一种结构型浸润梯度表面的制备装置，其特征在于，包括电镀电源(1)、装有电镀液(8)的电镀槽(7)、浸入所述电镀液(8)中且分别与所述电镀电源(1)的阳极连接的阳极板(3)和与所述电镀电源(1)的阴极连接的阴极板(4)，所述阳极板(3)与所述阴极板(4)呈设定倾斜角度且所述阳极板(3)与所述阴极板(4)之间的间距随极板布置方向呈连续梯度变化，所述电镀槽(7)放置于磁力搅拌器(10)上，所述电镀液(8)中放入与所述磁力搅拌器(10)相配合的磁转子(9)，所述磁转子(9)速度通过调速旋钮(11)控制，所述电镀槽(7)内设置有与所述电镀槽(7)底面垂直的阳极卡槽板(5)和阴极卡槽板(6)，所述阳极卡槽板(5)与所述阴极卡槽板(6)呈所述设定倾斜角度布置，所述阳极板(3)与所述阴极板(4)分别紧贴在所述阳极卡槽板(5)与所述阴极卡槽板(6)上，所述阳极卡槽板(5)和所述阴极卡槽板(6)均能够沿所述电镀槽(7)的镀槽板(12)移动；所述阳极卡槽板(5)或者所述阴极卡槽板(6)开设有两个分别将两平行所述镀槽板(12)卡入卡口中的凹槽，两个所述凹槽的内沿间距小于两平行所述镀槽板(12)的间距。

2.根据权利要求1所述的制备装置，其特征在于，所述阳极卡槽板(5)或者所述阴极卡槽板(6)与所述镀槽板(12)之间的夹角可调；

或者，所述阳极卡槽板(5)与所述镀槽板(12)之间的夹角为90°，所述阴极卡槽板(6)与所述镀槽板(12)之间的夹角可调。

3.根据权利要求2所述的制备装置，其特征在于，所述阳极卡槽板(5)上开有两个宽度相同的相同凹槽，且所述相同凹槽的宽度比所述镀槽板(12)的厚度大第一预设值；

所述阴极卡槽板(6)上在远离所述阳极板(3)的一侧开有宽凹槽(13)，在靠近所述阳极板(3)的一侧开有窄凹槽(14)，所述宽凹槽(13)的宽度比所述镀槽板(12)的厚度大第二预设值，所述窄凹槽(14)的宽度比所述镀槽板(12)的厚度大第三预设值，所述第二预设值大于所述第三预设值。

4.根据权利要求1-3任一项所述的制备装置，其特征在于，所述凹槽的外沿上开设有螺纹孔(16)，所述螺纹孔(16)内旋入有紧固螺栓(15)，且所述紧固螺栓(15)的端部抵接于所述镀槽板(12)上；

所述紧固螺栓(15)末端设置有弹性垫片(17)。

5.根据权利要求1所述的制备装置，其特征在于，所述阳极板(3)为可溶性金属板，其化学元素与所述电镀液(8)中金属阳离子元素相同。

6.根据权利要求5所述的制备装置，其特征在于，所述阳极卡槽板(5)、所述阴极卡槽板(6)、所述电镀槽(7)的镀槽板(12)均为电绝缘板。

7.根据权利要求6所述的制备装置，其特征在于，所述阳极板(3)和所述阴极板(4)通过鳄鱼夹(2)分别夹持在所述阳极卡槽板(5)和所述阴极卡槽板(6)上。