CN110029351A - 一种超亲水金属表面微纳结构及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种超亲水金属表面微纳结构及其制造方法。结构包括，一金属基板基体，金属基板基体上形成由沟槽组成的三组互成角度的平行沟槽阵列和棱柱状突起。制造方法包括，首先提供一块金属基板。接着清洗金属基板并干燥。然后使用激光束扫描金属表面得到表面具有粗糙沟壑状的微纳结构的金属基板。最后使用去离子水超声清洗金属基板并干燥。本发明借助激光刻蚀技术，在金属表面构建粗糙沟壑状的微纳结构，赋予金属表面超亲水性能，其结构简单，制造方法环保、简单、高效。

Description

一种超亲水金属表面微纳结构及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种超亲水金属表面微纳结构及其制造方法。
背景技术
在具有特殊润湿性的固体表面在学术研究和工业技术中具有重要的应用。这些应用包括自清洁纺织品、油水分离、防冰和防雾玻璃、大气中水蒸汽收集、化学屏蔽、和减少生物粘附。
影响固体材料表面润湿性能的主要因素有两点：固体材料的表面粗糙度大小和固体材料表面物质的表面能高低。通过构造表面微纳结构放大物质对某种液体的本征亲疏性可以人工制造超润湿性能表面。现有人工制造超润湿性能表面的方法多为聚合物涂层以及化学气相沉积，这些方法存在加工效率、精准性以及操作难易程度上的不足。
因此，可以氧化金属表面，同时在金属表面构建粗糙沟壑状的微纳结构，赋予金属表面超亲水性能的超亲水金属表面微纳结构及其制造方法，是本技术领域亟需解决的技术问题。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种可以氧化金属表面，同时在金属表面构建粗糙沟壑状的微纳结构，赋予金属表面超亲水性能的超亲水金属表面微纳结构及其制造方法。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种超亲水金属表面微纳结构，其包括金属基板基体，所述金属基板基体上形成由沟槽组成的三组互成角度的平行沟槽阵列和棱柱状突起。
作为上述技术方案的进一步优化，所述沟槽的宽度为10~30μm，所述沟槽的深度为10~40μm。
作为上述技术方案的进一步优化，所述平行沟槽阵列中相邻两条平行沟槽的间距为50~200 μm。
作为上述技术方案的进一步优化，所述平行沟槽阵列中，不同组平行沟槽阵列之间互成60°角。
作为上述技术方案的进一步优化，所述金属基板为黄铜、紫铜、铝、钛的其中一种。
一种超亲水金属表面微纳结构的制造方法，包括上述的超亲水金属表面微纳结构，所述制造方法包括如下步骤：
S1、提供一块金属基板；
S2、将金属基板清洗干净并干燥；
S3、使用激光束扫描金属基板的表面，令金属基板的表面形成粗糙沟壑状微纳结构；
S4、使用去离子水超声清洗S3步骤得到的金属基板，并干燥。
作为上述技术方案的进一步优化，所述步骤S4中，将表面具有粗糙微纳结构的金属基板浸泡在去离子水中超声清洗，清洗时间为1~2分钟。
作为上述技术方案的进一步优化，步骤S4中，干燥时为置于氮气流中干燥。
本发明具有以下有益效果：
结构简单、具有周期性，使用激光扫描刻蚀金属表面的方法，可以氧化金属表面，同时在金属表面构建粗糙的微纳结构，赋予金属表面超亲水性能，制造方法环保、简单、高效。
附图说明
图1所示为本发明一种金属微孔阵列过滤膜显微镜下显示的结构示意图。
图2所示为本发明一种金属微孔阵列过滤膜的表面结构示意图。
图3所示为本发明一种金属微孔阵列过滤膜及其制造方法的工艺流程图。
图4所示为步骤S1呈现的金属基板结构示意图。
图5所示为步骤S2呈现的洁净金属基板结构示意图。
图6所示为步骤S3呈现的粗糙微纳结构金属基板结构示意图。
图7所示为步骤S4呈现的超亲水金属表面微纳结构金属基板结构示意图。
图8所示为平行沟槽阵列的结构示意图。
图中附图标记说明：
1、金属基板，2、洁净金属基板，3、粗糙微纳结构金属基板，30、平行沟槽阵列，300、沟槽，31、粗糙沟壑状微纳结构，4、超亲水金属表面微纳结构金属基板，30a、第一平行沟槽阵列，30b、第二平行沟槽阵列，30c、第三平行沟槽阵列，30d、同组相邻平行沟槽阵列间隔。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
如图1-8所示，本发明提供一种超亲水金属表面微纳结构，其包括金属基板基体，所述金属基板1基体上形成由沟槽300组成的三组互成角度的平行沟槽阵列30和棱柱状突起。
一种实施例中，所述沟槽300的宽度为10~30μm，所述沟槽300的深度为10~40μm。
一种实施例中，所述平行沟槽阵列30中相邻两条平行沟槽的间距为50~200 μm。
一种实施例中，所述平行沟槽阵列30中，不同组平行沟槽阵列之间互成60°角。
一种实施例中，所述金属基板为黄铜、紫铜、铝、钛的其中一种。
一种超亲水金属表面微纳结构的制造方法，包括上述的超亲水金属表面微纳结构，所述制造方法包括如下步骤：
S1、如图4所示，提供一块金属基板；
S2、将金属基板清洗干净并干燥，得出如图5所示的洁净金属基板2；
S3、使用激光束扫描金属基板的表面，令金属基板的表面形成粗糙沟壑状微纳结构；得出如图6所示的粗糙微纳结构金属基板3；
S4、使用去离子水超声清洗S3步骤得到的金属基板，并干燥。最终得到如图7所示的超亲水金属表面微纳结构金属基板4。
一种实施例中，所述步骤S4中，将表面具有粗糙微纳结构的金属基板浸泡在去离子水中超声清洗，清洗时间为1~2分钟。
一种实施例中，步骤S4中，干燥时为置于氮气流中干燥。
本发明在具体实施时：
首先执行步骤S1，提供一个金属基板1，所述金属基板1材料可以为黄铜、紫铜、铝、钛的其中一种。本实施例中，金属基板材料择优选择铝材料。
然后执行步骤S2，将所述金属基板1分别先后浸泡在丙酮、无水乙醇和去离子水中超声清洗，置于氮气流中干燥，得到洁净的洁净金属基板2。
接着执行步骤S3，将所述洁净金属基板2置于激光加工装置工作台中，将激光聚焦于金属基板表面，利用激光束在金属基板表面扫描出平行沟槽阵列30，构造出由沟槽300和棱柱状突起共同构成粗糙沟壑状微纳结构31，得到表面具有粗糙微纳结构的粗糙微纳结构金属基板3。
如图8所示，是平行沟槽阵列30的平面图，在平行沟槽阵列30中，30a为第一平行沟槽阵列，30b为第二平行沟槽阵列，30c为为第三平行沟槽阵列，30d为同组相邻平行沟槽阵列间隔，也可称为同组相邻平行沟槽阵列之间的间距。
所述沟槽300宽度为10~30μm，深度为10~40μm。所述平行沟槽阵列30中相邻两条平行沟槽间距为50~200 μm，不同组平行沟槽阵列之间互成60°角度。本实施例中，沟槽宽度选择为20μm，深度选择为30μm，平行沟槽阵列中相邻两条平行沟槽间距选择为80μm。
最后执行步骤S4，将所述粗糙微纳结构金属基板3浸泡在去离子水中超声清洗，置于氮气流中干燥，得到洁净的超亲水金属表面微纳结构金属基板4，清洗时间可为2~3分钟。本实施例中，清洗时间选择3分钟。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (8)

1.一种超亲水金属表面微纳结构，其特征在于：包括金属基板基体，所述金属基板基体上形成由沟槽组成的三组互成角度的平行沟槽阵列和棱柱状突起。
2.根据权利要求1所述的一种超亲水金属表面微纳结构，其特征在于：所述沟槽的宽度为10~30μm，所述沟槽的深度为10~40μm。
3.根据权利要求1所述的一种超亲水金属表面微纳结构，其特征在于：所述平行沟槽阵列中相邻两条平行沟槽的间距为50~200 μm。
4.根据权利要求1所述的一种超亲水金属表面微纳结构，其特征在于：所述平行沟槽阵列中，不同组平行沟槽阵列之间互成60°角。
5.根据权利要求1所述的一种超亲水金属表面微纳结构，其特征在于：所述金属基板为黄铜、紫铜、铝、钛的其中一种。
6.一种超亲水金属表面微纳结构的制造方法，包括如权利要求1-5所述的一种超亲水金属表面微纳结构，其特征在于，所述制造方法包括如下步骤：
S1、提供一块金属基板；
S2、将金属基板清洗干净并干燥；
S3、使用激光束扫描金属基板的表面，令金属基板的表面形成粗糙沟壑状微纳结构；
S4、使用去离子水超声清洗S3步骤得到的金属基板，并干燥。
7.根据权利要求6所述的一种金属微孔阵列过滤膜的制造方法，其特征在于：所述步骤S4中，将表面具有粗糙微纳结构的金属基板浸泡在去离子水中超声清洗，清洗时间为1~2分钟。
8.根据权利要求6或7所述的一种金属微孔阵列过滤膜的制造方法，其特征在于：步骤S4中，干燥时为置于氮气流中干燥。
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