CN111637783A - 一种用于蒸汽冷凝的仿生亲疏水结构及制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于蒸汽冷凝的仿生亲疏水结构及制备方法，其中仿生亲疏水结构由具有条纹型亲疏水异质特性的梯级沟槽结构分布构成，每级沟槽截面为矩形，通过表面改性被间隔为亲水条纹区与疏水条纹区交错排列的异质表面，蒸汽在疏水条纹区发生滴状冷凝并快速移动至亲水条纹区，在亲水条纹区发生膜状冷凝并协助输运疏水条纹区梯级沟槽内产生的冷凝液滴；梯级沟槽基于Cantor集分形拓扑构建。本发明在条纹型亲疏水异质表面基础上，配置梯级沟槽，将冷凝过程分解为疏水梯级沟槽内滴状冷凝液滴成核生长过程和亲水梯级沟槽内膜状冷凝液膜输运排液过程，借助亲疏水区交界处液膜抽吸液滴合并迁移行为这一桥梁，协同实现冷凝传热强化。

Description

一种用于蒸汽冷凝的仿生亲疏水结构及制备方法

技术领域

本发明涉及一种强化冷凝传热的功能性表面，具体涉及一种强化冷凝传热并加快冷凝液滴移除的具有表面能非均匀分布异质仿生特征的功能化表面。

背景技术

液滴脱离行为是影响蒸汽冷凝传热性能的关键因素。目前，具有促进液滴快速脱离功能的均匀性质表面制备方法有两种：一种是低表面能涂层修饰；另一种是表面微纳米尺度结构修饰。随着对强化冷凝认识的进一步深入，考虑到冷凝表面液滴高效成核与快速脱离对于表面能量的要求存在矛盾，强化冷凝传热的研究前沿也逐渐由表面能均匀性表面转移到异质表面。尤其近年来条纹型亲疏水异质表面由于独特的表面能分布特征，具有快速脱除冷凝表面液滴、调控液滴脱离直径功能，已成为强化蒸汽冷凝传热的重要手段。

但是，目前条纹型亲疏水异质表面制备技术尚仅采用低表面能涂层修饰方法，优化思路还只限于简单布置亲疏水区域。瓶子草绒毛表面的秘密近年来引起了科学家的注意。瓶子草绒毛表面由形貌呈阶梯变化的多级沟槽复合叠加而成。借助这种梯级沟槽结构，瓶子草绒毛表面具有超强的水分收集输运能力。

目前条形纹亲疏水异质表面强化冷凝技术还局限于亲疏水图案的几何布置方面，没有充分考虑如何在现有基础上进一步强化疏水区滴状冷凝传热和亲水区的膜态冷凝输运特性。受所述的瓶子草绒毛表面梯级沟槽结构启发，如果将瓶子草绒毛梯级沟槽表面的超强水分收集输运能力应用于条形纹亲疏水区域，必将大大强化冷凝传热。但是瓶子草绒毛梯级沟槽表面的工程仿生重建是一个技术难题。注意到，Cantor集分形作为一种典型分形集，能够对上述梯级沟槽表面的拓扑形貌进行定量描述，并且其构建在工程上较易于实现，这为非规则自然分形表面的人工构建架起了桥梁。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，而提供了一种基于Cantor集分形在条纹型亲疏水异质表面上开展瓶子草绒毛表面梯级沟槽的仿生重构方法。本发明结合亲水/疏水仿生梯级沟槽结构高效排液功能，在条纹型亲疏水异质表面基础上，配置梯级沟槽，提出仿生亲疏水异质梯级沟槽表面用于强化冷凝传热。由于仿生梯级沟槽结构超强的水分收集输运能力，通过在亲水条纹区和疏水条纹区分别构建梯级沟槽结构，将冷凝过程分解为疏水梯级沟槽内滴状冷凝液滴成核生长过程和亲水梯级沟槽内膜状冷凝液膜输运排液过程，借助亲疏水区交界处液膜抽吸液滴合并迁移行为这一桥梁，协同实现冷凝传热强化。

为解决表面能非均匀分布异质表面存在的冷凝传热强化技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种用于蒸汽冷凝的仿生亲疏水结构，由具有条纹型亲疏水异质特性的梯级沟槽结构分布构成，所述的梯级沟槽具有n级结构，其中n≥2，每级沟槽截面为矩形，通过表面改性被间隔为亲水条纹区与疏水条纹区交错排列的异质表面，蒸汽在所述的疏水条纹区发生滴状冷凝并快速移动至亲水条纹区，在所述的亲水条纹区发生膜状冷凝并协助输运疏水条纹区梯级沟槽内产生的冷凝液滴；其特征在于：所述的梯级沟槽基于Cantor集分形拓扑构建，所生成的Cantor集轮廓的第n级沟槽宽度w_n与深度h_n分别为：

w_n＝＝(1/f_x)^n-1w₁

h_n＝(1/f_y)^n-1h₁

式中，w₁为第1级沟槽宽度；h₁为第1级沟槽深度；f_x和f_y分别为水平方向比例系数和垂直方向比例系数，通过分形维数D确定：

D＝1-ln(f_y)/ln(sf_x)+ln(s)/ln(sf_x)

式中，D为通过分析表面粗糙轮廓的结构函数确定的分形维数，范围为1.1～1.6；s为Cantor集表面每级向下凹陷沟槽个数。

所述的梯级沟槽结构级数n可为大于等于2的正整数。第一级沟槽的宽度为600μm～2.8mm，深度为100μm～550μm；所述的水平方向比例系数f_x为3～6，所述的垂直方向比例系数f_y为1.1～2，所述的Cantor集表面每级向下凹陷沟槽个数s可为3,4,5,6。典型实施例可为f_x＝5，f_y＝1.48，s＝4，此时分形维数为D＝1.33，第一级沟槽的宽度为1250μm，深度为175微米；第二级沟槽的宽度和深度分别为250μm和118μm。

所述的仿生亲疏水异质梯级沟槽表面制备方法，包括如下步骤：

步骤1：首先采用深反应离子刻蚀技术制备梯级沟槽表面

步骤2：然后对整体骨架进行亲水性处理，利用掩膜作用，对设计的疏水区域磁溅射纳米Au。

步骤3：经过一定时间的化学键合，最终获得具有梯级沟槽结构和交错排列的亲水条纹区与疏水条纹区的仿生亲疏水异质梯级沟槽表面。

所述的仿生亲疏水异质梯级沟槽表面采用硅材质制备。

所述步骤1中仿生亲疏水异质梯级沟槽表面采用深反应离子刻蚀技术制备。所述的深反应离子刻蚀技术包括聚合物钝化层淀积和单晶硅刻蚀。在表面制备过程中，通过循环交替实施所述的聚合物钝化层淀积和所述的单晶硅刻蚀两个独立过程，获得侧壁陡直的高深宽比梯级沟槽结构。

所述采用深反应离子刻蚀技术制备梯级沟槽表面制备方法具体包括如下步骤：

(1)氧化：氧化单晶硅表面形成一层SiO₂膜。

(2)*1^st光刻掩膜：利用光刻掩膜版在SiO₂膜上特定位置形成一层光刻胶。

(3)SiO₂腐蚀并去胶：腐蚀SiO₂并除去光刻胶。

(4)表面溅射金属Al：在上一步得到的基底上磁控溅射一层金属Al。

(5)2^st光刻掩膜:通过光刻掩膜版在基底上特定位置形成一层光刻胶。

(6)3^st光刻掩膜:：刻蚀掉Al层，然后利用光刻掩膜版在基底上特定位置形成一层光刻胶。

(7)1^st刻蚀：刻蚀硅片并除去光刻胶。

(8)2^st刻蚀：刻蚀硅片并腐蚀掉Al。

(9)SiO₂腐蚀:腐蚀掉SiO₂。

所述的仿生亲疏水异质梯级沟槽表面的亲水条纹区和疏水条纹区均采用梯级沟槽结构。所述步骤2基于所述的梯级沟槽结构表面进一步制备仿生亲疏水异质梯级沟槽表面利用光刻胶保护亲水条纹区，然后对基底磁控溅射纳米Au，得到所述的亲疏水异质特性。在所述的具有仿生梯级沟槽结构的表面上实现所述的亲疏水异质条形纹特性的方法包括以下步骤：

(10)氧化：氧化具有仿生梯级沟槽结构的表面，形成一层SiO₂膜。

(11)4^st光刻掩膜:通过光刻掩膜版在基底上亲水条形纹区域形成一层光刻胶

(12)表面溅射Au:在得到的基底表面溅射一层纳米Au，并除去光刻胶。

所述的亲水条纹区和疏水条纹区的宽度为0.8～3mm，如1.35mm,1.5mm，2mm，2.5mm，2.9mm。

所述的仿生梯级沟槽结构的沟槽宽度由光掩膜版的形状控制。所述的仿生梯级沟槽结构的沟槽深度由所述的深反应离子刻蚀技术过程中的功率密度、反应室压力、气体配比及流量控制。

有益效果：

1、当梯级沟槽表面完全疏水时，根据其梯级特点分析，横截面上将产生拉普拉斯压力差驱使冷凝液滴脱离疏水沟槽而呈现Cassie状态。这将使得液滴更易合并弹跳脱离或快速滑落，也更利于持久维持滴状冷凝模式。由此可见，梯级沟槽结构既可以用于强化上述条纹型亲疏水异质表面的亲水区液膜输运，也可强化其疏水区液滴驱动过程。而且，配置亲水梯级沟槽结构，其超快移除冷凝液的功能还可协助输运疏水梯级沟槽内Wenzel状态液滴，有效弥补单一疏水梯级沟槽在高过冷度下泛液冷凝模式液滴不易脱除缺点。

2、本发明结合亲水/疏水仿生梯级沟槽结构高效排液功能，在条纹型亲疏水异质表面基础上，配置梯级沟槽，提出仿生亲疏水异质梯级沟槽表面用于强化冷凝传热。通过亲疏水异质梯级沟槽表面，将冷凝过程分解为疏水梯级沟槽内滴状冷凝液滴成核生长过程和亲水梯级沟槽内膜状冷凝液膜输运排液过程，借助亲疏水区交界处液膜抽吸液滴合并迁移行为这一桥梁，协同实现冷凝传热强化。通过合理布置好冷凝过程的滴状-膜状共存，本发明所述的仿生亲疏水梯级沟槽表面的综合冷凝传热性能可以超过疏水表面，并且具备快速脱除冷凝表面液滴，调控液滴脱离直径的功能。

3、本发明制备的仿瓶子草绒毛表面亲疏水异质梯级沟槽表面可用于微尺度相变传热和多项界面动力学实验研究，对于进一步完善相关基础理论具有重要的科学意义，同时也为先进功能化冷凝表面和高效换热器件的研发提供关键技术支撑。

附图说明

图1给出的是瓶子草绒毛表面显微图像；

图2给出的是仿生亲疏水异质梯级沟槽表面示意图；

图3给出的是Cantor集梯级沟槽结构示意图；

图4是2级Cantor集梯级沟槽结构截面示意图；

图5是3级Cantor集梯级沟槽结构截面示意图；

图6给出的是仿生亲疏水异质梯级沟槽表面制备过程；

图7给出的是亲疏水组合梯级沟槽表面上冷凝示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的描述：

图1给出了瓶子草绒毛表面显微图像，图2给出了仿生亲疏水异质梯级沟槽表面的立体结构示意图。一种仿生亲疏水异质梯级沟槽表面，由亲水条纹区和疏水条纹区两部分交错排列组成。在所述的亲水条纹区和疏水条纹区上分别构造有梯级沟槽结构。

所述的梯级沟槽为矩形槽，加工成Cantor级分形结构。借助分型维数和平均特征高度定量描述所述的梯级沟槽结构表面的拓扑形貌。所生成的Cantor集轮廓的第(n+1)级沟槽宽度w_n+1与沟槽深度h_n+1分别为

w_n+1＝(1/f_x)w_n＝(1/f_x)ⁿ⁺¹w₀

h_n+1＝(1/f_y)h_n＝(1/f_y)ⁿ⁺¹h₀

式中，f_x为水平方向比例系数，f_y为垂直方向比例系数。通过分析瓶子草绒毛表面粗糙轮廓的结构函数可确定分形维数D。Cantor集表面每级向下凹陷沟槽个数s与f_x、f_y存在如下关系。

D＝1-ln(f_y)/ln(sf_x)+ln(s)/ln(sf_x)

实施例1：

一种仿生亲疏水异质梯级沟槽表面。所述的仿生亲疏水异质梯级沟槽表面为瓶子草绒毛表面。其特征在于包括交错排列的亲水条纹区和疏水条纹区。

所述的仿生亲疏水异质梯级沟槽表面加工在5cm*5cm的硅片上，所述的单个亲水条纹区宽度为1.45mm。所述的单个疏水条纹区宽度为1.45mm。

所述的硅片表面上水静态接触角为75°。

所述的条纹形亲水区和疏水区都加工成2级沟槽机构(如图4所示)，第一级沟槽的宽度为1250μm，深度为175微米；第二级沟槽的宽度和深度分别为250μm和118μm。水平方向比例系数f_x取为5，垂直方向的比例系数f_y取为1.48，每级向下凹陷沟槽个数s为4，分形维数D为1.33。

按此方法加工得到的仿生亲疏水异质梯级沟槽表面的条形纹亲水区的粗糙度r_w为1.73，根据Wenzel方程

计算得到的亲水条形纹梯级沟槽表面的静态接触角为1.1065°；

同样地，可以得到仿生亲疏水异质梯级沟槽表面的条形纹疏水区的固体材料的面积分数f为0.31,根据Cassie方程cosθ_C＝fcosθ_Y+f-1计算得到的疏水条形纹梯级沟槽表面的静态接触角为127.5726°。

实施例2：

一种仿生亲疏水异质梯级沟槽表面。所述的仿生亲疏水异质梯级沟槽表面为瓶子草绒毛表面，包括交错排列的亲水条纹区和疏水条纹区。

所述的仿生亲疏水异质梯级沟槽表面加工在5cm*5cm的硅片上，所述的单个亲水条纹区宽度为1.45mm。所述的单个疏水条纹区宽度为1.45mm。

所述的硅片表面上水静态接触角为75°。

所述的条形纹亲水区和疏水区都加工成3级沟槽机构(如图5所示)，第一级沟槽的宽度为1250μm，深度为175微米；第二级沟槽的宽度和深度分别为250μm和118μm；第三极沟槽的宽度和深度分别为50μm和80μm。水平方向比例系数f_x取为5，垂直方向的比例系数f_y取为1.48，每级向下凹陷沟槽个数s为4，分形维数D为1.33。

按此方法加工得到的仿生亲疏水异质梯级沟槽表面的条形纹亲水区的粗糙度r_w为3.05，根据Wenzel方程

计算得到的亲水条形纹梯级沟槽表面的静态接触角为0.6610°；

同样地，可以得到仿生亲疏水异质梯级沟槽表面的条形纹疏水区的固体材料的面积分数f为0.147,根据Cassie方程cosθ_C＝fcosθ_Y+f-1计算得到的疏水条形纹梯级沟槽表面的静态接触角为144.5828°。

实施例3：

一种仿生亲疏水异质梯级沟槽表面。所述的仿生亲疏水异质梯级沟槽表面为瓶子草绒毛表面。其特征在于包括交错排列的亲水条纹区和疏水条纹区。

所述的仿生亲疏水异质梯级沟槽表面加工在5cm*5cm的硅片上，所述的单个亲水条纹区宽度为1.45mm。所述的单个疏水条纹区宽度为1.45mm。

所述的硅片表面上水静态接触角为75°。

所述的条形纹亲水区加工成2级沟槽机构(如图4所示)，第一级沟槽的宽度为1250μm，深度为175微米；第二级沟槽的宽度和深度分别为250μm和118μm。水平方向比例系数f_x取为5，垂直方向的比例系数f_y取为1.48，每级向下凹陷沟槽个数s为4，分形维数D为1.33。

所述的条纹形疏水区加工成3级沟槽机构(如图5所示)，第一级沟槽的宽度为1250μm，深度为175微米；第二级沟槽的宽度和深度分别为250μm和118μm；第三极沟槽的宽度和深度分别为50μm和80μm。水平方向比例系数f_x取为5，垂直方向的比例系数f_y取为1.48，每级向下凹陷沟槽个数s为4，分形维数D为1.33。

按此方法加工得到的仿生亲疏水异质梯级沟槽表面的条形纹亲水区的粗糙度r_w为1.73，根据Wenzel方程

计算得到的亲水条形纹梯级沟槽表面的静态接触角为1.1065°；

同样地，可以得到仿生亲疏水异质梯级沟槽表面的条形纹疏水区的固体材料的面积分数f为0.147,根据Cassie方程cosθ_C＝fcosθ_Y+f-1计算得到的疏水条形纹梯级沟槽表面的静态接触角为144.5828°。

实施例4：

一种仿生亲疏水异质梯级沟槽表面。所述的仿生亲疏水异质梯级沟槽表面为瓶子草绒毛表面。其特征在于包括交错排列的亲水条形纹区域和疏水条形纹区域。

所述的仿生亲疏水异质梯级沟槽表面加工在5cm*5cm的硅片上，所述的单个亲水条纹区宽度为2.9mm。所述的单个疏水条纹区宽度为1.45mm。

所述的硅片表面上水静态接触角为75°。

所述的条形纹亲水区加工成2级沟槽机构(如图4所示)，第一级沟槽的宽度为2500μm，深度为350微米；第二级沟槽的宽度和深度分别为500μm和236μm。水平方向比例系数f_x取为5，垂直方向的比例系数f_y取为1.48，每级向下凹陷沟槽个数s为4，分形维数D为1.33。

所述的条纹形疏水区加工成2级沟槽机构，第一级沟槽的宽度为1250μm，深度为175微米；第二级沟槽的宽度和深度分别为250μm和118μm。水平方向比例系数f_x取为5，垂直方向的比例系数f_y取为1.48，每级向下凹陷沟槽个数s为4，分形维数D为1.33。

按此方法加工得到的仿生亲疏水异质梯级沟槽表面的条形纹亲水区的粗糙度r_w为1.73，根据Wenzel方程

计算得到的亲水条形纹梯级沟槽表面的静态接触角为1.1065°；

同样地，可以得到仿生亲疏水异质梯级沟槽表面的条形纹疏水区的固体材料的面积分数f为0.147,根据Cassie方程cosθ_C＝fcosθ_Y+f-1计算得到的疏水条形纹梯级沟槽表面的静态接触角为144.5828°。

所述的仿生亲疏水异质梯级沟槽表面采用深反应离子刻蚀技术制备。所述的深反应离子刻蚀技术包括聚合物钝化层淀积和单晶硅刻蚀。在表面制备过程中，通过循环交替实施所述的聚合物钝化层淀积和所述的单晶硅刻蚀两个独立过程，获得侧壁陡直的高深宽比梯级沟槽结构。

所述的仿生梯级沟槽结构的沟槽宽度由光掩膜版的形状控制。

所述的仿生梯级沟槽结构的沟槽深度由所述的深反应离子刻蚀技术过程中的功率密度、反应室压力、气体配比及流量控制。

所述的仿生亲疏水异质梯级沟槽表面的亲水条纹区和疏水条纹区均采用梯级沟槽结构。基于所述的梯级沟槽结构表面进一步制备仿生亲疏水异质梯级沟槽表面采用利用光刻胶保护亲水条纹区，然后对基底磁控溅射纳米Au，得到所述的亲疏水异质特性。

所述的仿生亲疏水异质梯级沟槽表面的制备过程(1)～(12)如图6所示，具体包括如下步骤：

氧化：氧化单晶硅表面形成一层SiO₂膜；

1^st光刻掩膜：在SiO₂膜上形成一层光刻胶；

SiO₂腐蚀并去胶：腐蚀SiO₂并除去光刻胶；

表面溅射金属Al：在上一步得到的基底上磁控溅射一层金属Al；

2^st光刻掩膜:通过光刻掩膜版在基底上特定位置形成一层光刻胶；

3^st光刻掩膜:：刻蚀掉Al层，然后利用光刻掩膜版在基底上特定位置形成一层光刻胶；

1^st刻蚀：刻蚀硅片并除去光刻胶；

2^st刻蚀：刻蚀硅片并腐蚀掉Al；

SiO₂腐蚀:腐蚀掉SiO₂。

在所述的具有仿生梯级沟槽结构的表面上实现所述的亲疏水异质条形纹特性的方法包括以下步骤：

氧化：氧化具有仿生梯级沟槽结构的表面，形成一层SiO₂膜；

4^st光刻掩膜:通过光刻掩膜版在基底上亲水条形纹区域形成一层光刻胶；

表面溅射Au:在得到的基底表面溅射一层纳米Au，并除去光刻胶；

图7给出了仿生亲疏水异质梯级沟槽表面的滴状、膜状协同冷凝示意图。当梯级沟槽表面完全疏水时，根据其梯级特点分析，横截面上将产生拉普拉斯压力差驱使冷凝液滴脱离疏水沟槽而呈现Cassie状态。这将使得液滴更易合并弹跳脱离或快速滑落，也更利于持久维持滴状冷凝模式。由此可见，梯级沟槽结构既可以用于强化上述条纹型亲疏水异质表面的亲水区液膜输运，也可强化其疏水区液滴驱动过程。而且，配置亲水梯级沟槽结构，其超快移除冷凝液的功能还可协助输运疏水梯级沟槽内Wenzel状态液滴，有效弥补单一疏水梯级沟槽在高过冷度泛液冷凝模式下液滴不易脱除缺点。

Claims (7)

1.一种用于蒸汽冷凝的仿生亲疏水结构，由具有条纹型亲疏水异质特性的梯级沟槽结构分布构成，所述的梯级沟槽具有n级结构，其中n≥2，每级沟槽截面为矩形，通过表面改性被间隔为亲水条纹区与疏水条纹区交错排列的异质表面，蒸汽在所述的疏水条纹区发生滴状冷凝并快速移动至亲水条纹区，在所述的亲水条纹区发生膜状冷凝并协助输运疏水条纹区梯级沟槽内产生的冷凝液滴；其特征在于：所述的梯级沟槽基于Cantor集分形拓扑构建，所生成的Cantor集轮廓的第n级沟槽宽度w _n与深度h _n分别为：

w _n==(1/f _x)^n-1 w ₁

h _n=(1/f _y)^n-1 h ₁

式中， w ₁为第1级沟槽宽度；h ₁为第1级沟槽深度； f _x 和f _y分别为水平方向比例系数和垂直方向比例系数，通过分形维数D确定：

D=1-ln(f _y)/ln(sf _x)+ ln(s)/ln(sf _x)

式中，D为通过分析表面粗糙轮廓的结构函数确定的分形维数，范围为1.1~1.6；s为Cantor 集表面每级向下凹陷沟槽个数。

2.根据权利要求1所述的仿生亲疏水结构，其特征在于：第一级沟槽宽度w ₁为600μm~2.8mm，第一级沟槽深度h ₁为100μm~550μm； 所述的水平方向比例系数f _x为3~6，所述的垂直方向比例系数f _y为1.1~2，所述的Cantor 集表面每级向下凹陷沟槽个数s为3~6，所述的亲水条纹区的宽度为0.8~3mm，疏水条纹区的宽度为0.8~3mm。

3.根据权利要求2所述的仿生亲疏水结构，其特征在于：所述的亲水条纹区梯级沟槽结构基于表面润湿性或化学角度进行表面改性；所述的疏水条纹区梯级沟槽结构基于液滴与表面的接触状态或物理结构角度进行表面改性。

4.根据权利要求3所述的仿仿生亲疏水结构，其特征在于：所述的仿生亲疏水异质梯级沟槽表面整体氧化获得亲水性后，利用掩膜作用，对设计的疏水区域磁控溅射疏水Au，从而获得亲水条纹区与疏水条纹区交错排列的亲疏水异质梯级沟槽表面。

5.一种如权利要求1-4任一所述仿生亲疏水结构的制备方法，其特征在于，包括：

制备仿生亲疏水异质梯级沟槽表面；

在仿生亲疏水异质梯级沟槽表面实现亲疏水异质条形纹特性。

6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，仿生亲疏水异质梯级沟槽表面的制备过程，具体包括如下步骤：

氧化：氧化单晶硅表面形成一层SiO₂膜；

1^st光刻掩膜：在SiO₂膜上形成一层光刻胶；

SiO₂腐蚀并去胶：腐蚀SiO₂并除去光刻胶；

表面溅射金属Al：在上一步得到的基底上磁控溅射一层金属Al；

2^st光刻掩膜:通过光刻掩膜版在基底上特定位置形成一层光刻胶；

3^st光刻掩膜:：刻蚀掉Al层，然后利用光刻掩膜版在基底上特定位置形成一层光刻胶；

1^st刻蚀：刻蚀硅片并除去光刻胶；

2^st刻蚀：刻蚀硅片并腐蚀掉Al；

SiO₂腐蚀: 腐蚀掉SiO₂。

7.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，在所述的具有仿生梯级沟槽结构的表面上实现所述的亲疏水异质条形纹特性的方法包括以下步骤：

氧化：氧化具有仿生梯级沟槽结构的表面，形成一层SiO₂膜；

4^st光刻掩膜:通过光刻掩膜版在基底上亲水条形纹区域形成一层光刻胶；

表面溅射Au:在得到的基底表面溅射一层纳米Au，并除去光刻胶。

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