CN113714646B - 一种激光构造超疏水超疏油表面的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于表面技术领域，具体为一种激光构造超疏水超疏油表面的方法。本发明巧妙利用皮秒级超短脉冲超高压力的激光冲击波作用于微米尺度的金属微特征，使之发生非线性微塑性变形，从而获得“蘑菇头”结构，并将预制在挤压膜上的纳米结构复印在微米结构表面，获得了微米‑纳米复合的“蘑菇头”微结构，从而实现超疏水超疏油结构。
Description
技术领域
本发明属于表面技术领域，具体为一种激光构造超疏水超疏油表面的方法。
背景技术
通过在材料表面构建规则微纳结构，并辅以低表面能物质，可以在材料表面构建超疏水超疏油结构，普通微纳结构只具备超疏水功能，并不具备超疏油功能，研究人员发现制备倒锥形微纳结构，可以使材料表面获得更好的超疏水超疏油性能，然而，当前制备倒锥形结构的工艺复杂，成本高昂，迫切需要发展新的方法来大幅度降低工艺复杂度，提高效率并降低成本。
发明内容
本发明的目的是提供一种激光构造超疏水超疏油表面的方法，通过激光冲击波的非平线性力学效应，使工件表面预制的微米尺度微结构获得非均匀微塑性变形，获得“蘑菇头”结构，解决了该类结构的制备难题。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案。
一种激光构造超疏水超疏油表面的方法，工件为金属材料，表面预制有微米尺度的微结构，挤压膜为高强度金属材料，挤压膜的下表面制备有纳米结构，且挤压膜上具有纳米结构的下表面与预制有微米尺度的微结构的工件表面相接触，吸收层覆盖在挤压膜的上表面，高能脉冲激光束透过透明的约束层辐照到挤压膜的上表面，其特征在于，高能脉冲激光束的脉宽为1～10ns皮秒；工件表面微米尺度的微结构为微梯台，高度为10～30um，底部宽度为10～20um，锥度0～10°，微织构的中心距为20～80um。其原理在于，高能脉冲激光束透过约束层，辐照在挤压膜的上表面，产生等离子爆炸，在约束层的约束作用下，能产生峰值压力高达数个GPa，持续时间为数ns至数十ns的冲击波，该冲击波通过挤压膜传播到工件的上表面，由于激光冲击波的幅值高且持续时间短，微米尺度的微结构将产生非线性微塑性变形，形成“蘑菇头”结构，且由于挤压膜的下表面制备有纳米结构，这些纳米结构将被复制在微米尺度的微结构表面，获得具有微纳尺度复合的“蘑菇头”微结构。
所述的约束层为流动的去离子水，厚度为0.5～1mm，流动速度3～5cm/s。
所述的挤压膜为高强度金属薄膜，其屈服强度大于1.5GPa，薄膜的厚度为50～100um，下表面加工有纳米结构。
所述的工件表面采用激光加工、光刻法等方法加工有微米尺度的微结构。
有益效果：
本发明巧妙利用皮秒级超短脉冲超高压力的激光冲击波作用于微米尺度的金属微特征，使之发生非线性微塑性变形，从而获得“蘑菇头”结构，并将预制在挤压膜上的纳米结构复印在微米结构表面，获得了微米-纳米复合的“蘑菇头”微结构，从而实现超疏水超疏油结构。
附图说明
图1为本发明激光构造超疏水超疏油表面的方法示意图。
图中包括：1、高能脉冲激光束，2、约束层，3、挤压膜，4、工件，31、挤压膜下表面，41、微米尺度的微结构
图2为本发明制备的“蘑菇头”微结构。
图中包括：42蘑菇头微结构。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做进一步说明
实施例
本实施实例中，所用的皮秒激光脉宽为5ns，单脉冲能量50mJ，波长1064nm，重复频率500HZ，聚焦后的高能脉冲激光束1光斑直径0.1mm，光斑之间的搭接率为50％；约束层2为流动的去离子水膜，厚度0.5mm，流动速度3cm/s；挤压膜3采用厚度为50um的高锰钢，下表面经抛光处理后采用飞秒激光刻蚀处理，飞秒激光刻蚀参数为，功率500Mw，重复频率10KHz，速度4mm/s，聚焦后光斑直径20um，在抛光表面获得纳米尺度的微织构；工件4为6061铝合金，采用光刻法在表面构造出底部宽度为10微米、高度为20微米、锥度为1°的微织构41阵列，微织构41中心间距为20um。采用上述参数处理后，在工件(4)表面获得了“蘑菇头”微结构42。将通过光刻获得的工件4和本发明处理的工件(4)经低表面能物质全氟硅烷修饰后，测得疏水角分别为148°和153°，疏甘油角度分别为85°和138°，表明本发明的“蘑菇头”微结构42同时具有疏水和疏油功能。
Claims (5)
1.一种激光构造超疏水超疏油表面的方法，其特征在于，工件为金属材料，表面预制有微米尺度的微结构；挤压膜为高强度金属材料，挤压膜的下表面制备有纳米结构；且挤压膜上具有纳米结构的下表面与预制有微米尺度的微结构的工件表面相接触，吸收层覆盖在挤压膜的上表面，高能脉冲激光束透过透明的约束层辐照到挤压膜的上表面，微米尺度的微结构将产生非线性微塑性变形，形成“蘑菇头”结构，且由于挤压膜的下表面制备有纳米结构，这些纳米结构将被复制在微米尺度的微结构表面，获得具有微纳尺度复合的“蘑菇头”微结构。
2.如权利要求1所述的一种激光构造超疏水超疏油表面的方法，其特征在于，高能脉冲激光束的脉宽为1～10ns皮秒；工件表面微米尺度的微结构为微梯台，高度为10～30um，底部宽度为10～20um，锥度0～10°，微织构的中心距为20～80um。
3.如权利要求1所述的一种激光构造超疏水超疏油表面的方法，其特征在于，所述的约束层为流动的去离子水，厚度为0.5～1mm，流动速度3～5cm/s。
4.如权利要求1所述的一种激光构造超疏水超疏油表面的方法，其特征在于，所述的挤压膜为高强度金属薄膜，其屈服强度大于1.5GPa，薄膜的厚度为50～100um，下表面加工有纳米结构。
5.如权利要求1所述的一种激光构造超疏水超疏油表面的方法，其特征在于，所述的工件表面采用激光加工或光刻法加工微米尺度的微结构。
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