CN114836802B - 一种微纳疏水结构的黏附性复合加工方法 - Google Patents
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Abstract
本申请提供了一种微纳疏水结构的黏附性复合加工方法，包括：设置若干预设参数并且根据低黏附性的需求或者高黏附性的需求选择不同的预设参数，以及根据选择的预设参数在待处理工件上机械刻划出微米级沟槽阵列结构，得到微米级处理工件；构建微米级处理工件为阳极的阳极氧化池，采用预设氧化电压的直流电源进行阳极氧化反应，持续预设反应时长，得到符合低黏附性的需求或者高黏附性的需求的双尺度微纳米复合工件。本申请可通过调整预设参数、预设氧化电压和预设反应时长来调控双尺度微纳米复合工件的尺寸和形貌特征，以此获得符合需求的黏附性可控的超疏水表面，以及所需设备简单、易于加工、加工周期短、耗费成本低、稳定性强并且可大规模生产。
Description
技术领域
本申请涉及金属材料表面处理技术领域，尤其涉及一种微纳疏水结构的黏附性复合加工方法。
背景技术
黏附性是超疏水表面的一种重要特性。根据黏附力的大小将超疏水表面分为低黏附超疏水表面(荷叶)和高黏附超疏水表面(玫瑰花瓣)。
低黏附超疏水表面具有优异的斥水性，在表面自清洁、减阻、抗结冰和油水分离等领域具有重要的应用价值。与低黏附超疏水表面相反的是，高黏附超疏水表面在保证拥有较高的表面接触角的同时对水滴具有较高的黏附性。根据对自然界中不同黏附性超疏水表面的研究发现，具有不同的双尺度微结构表面是其超疏水表面具有不同黏附性的重要原因。高黏附超疏水在液滴无损存贮、转移、定向运输等方面具有潜在应用价值。
目前制备超疏水表面的方法主要有光刻法、涂覆法和等离子体处理等技术，可是这些技术在实现双尺度微结构的制备上都存在价格昂贵、加工周期长和稳定性差的问题，此外，在实现黏附性控制方面操作复杂并且不易控制，限制了大规模生产上的应用。
发明内容
本申请提供了一种微纳疏水结构的黏附性复合加工方法，能够解决现有技术在实现双尺度微结构的制备上都存在的价格昂贵、加工周期长和稳定性差的问题，以及在实现黏附性控制方面操作复杂并且不易控制的问题。
本申请的技术方案是一种微纳疏水结构的黏附性复合加工方法，包括下述步骤：
S1：设置若干预设参数并且根据低黏附性的需求或者高黏附性的需求选择不同的预设参数，以及根据选择的所述预设参数在待处理工件上机械刻划出微米级沟槽阵列结构，得到微米级处理工件；
S2：构建电解液为0.1mol/L的氢氧化钠溶液、所述微米级处理工件为阳极和惰性材料碳棒为阴极的阳极氧化池，采用预设氧化电压的直流电源进行阳极氧化反应，持续预设反应时长，得到符合低黏附性的需求或者高黏附性的需求的双尺度微纳米复合工件。
可选地，所述步骤S1中的预设参数包括：沟槽深度、凸台宽度和沟槽宽度。
可选地，所述沟槽深度为100μm并且凸台宽度为100μm；
以及，当需求为低黏附性时，沟槽宽度为120μm或者180μm；
当需求为高黏附性时，沟槽宽度为240μm或者300μm。
可选地，所述步骤S1包括：
S11：设置若干预设参数并且根据低黏附性的需求或者高黏附性的需求选择不同的预设参数；
S12：将待处理工件装夹到机械刻划平台上，根据选择的所述预设参数更换不同尺寸的刀具在待处理工件上机械刻划出微米级沟槽阵列结构；
S13：依序对机械刻划后的工件进行打磨、清洗和晾干操作，得到微米级处理工件。
可选地，所述步骤S13包括：对机械刻划后的工件使用不同粒度的砂纸由粗到精进行打磨，然后使用丙酮和去离子水清洗，再在室温下晾干，得到微米级处理工件。
可选地，所述步骤S2中的预设氧化电压为20V，以及预设反应时长为30min。
可选地，所述步骤S2包括：
S21：构建电解液为0.1mol/L的氢氧化钠溶液、所述微米级处理工件为阳极和惰性材料碳棒为阴极的阳极氧化池，采用预设氧化电压的直流电源进行阳极氧化反应，持续预设反应时长，得到符合低黏附性的需求或者高黏附性的需求的双尺度微纳米复合工件；
S22：清洗所述双尺度微纳米复合工件，然后在室温下晾干。
综上可知，本申请提供了一种微纳疏水结构的黏附性复合加工方法，首先通过机械刻划装置在金属表面加工出一级微米级沟槽阵列，然后在此基础上利用阳极氧化技术在微米级沟槽阵列结构上加工出二级纳米级粗糙结构，构建出双尺度微纳米复合工件。相比于现有技术，本申请具有下述优点：
(1)可通过调整预设参数、预设氧化电压和预设反应时长来调控双尺度微纳米复合工件的尺寸和形貌特征，以此获得符合需求的黏附性可控的超疏水表面；
(2)所需设备简单、易于加工、加工周期短、耗费成本低、稳定性强并且可大规模生产。
附图说明
为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本申请实施例中一种微纳疏水结构的黏附性复合加工方法的流程示意图；
图2为本申请实施例中一种微纳疏水结构的黏附性复合加工方法的工件形态转化图；
图3为本申请实施例中微米级处理工件的结构示意图；
图4为本申请实施例中另一种微纳疏水结构的黏附性复合加工方法的流程示意图；
图5为本申请实施例中机械刻划待处理工件时所使用的一种刀具。
具体实施方式
下面将详细地对实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下实施例中描述的实施方式并不代表与本申请相一致的所有实施方式。仅是与权利要求书中所详述的、本申请的一些方面相一致的系统和方法的示例。
实施例一
本申请提供了一种微纳疏水结构的黏附性复合加工方法，如图1和图2所示，图1为本申请实施例中一种微纳疏水结构的黏附性复合加工方法的流程示意图，图2为本申请实施例中一种微纳疏水结构的黏附性复合加工方法的工件形态转化图，包括下述步骤：
S1：设置若干预设参数并且根据低黏附性的需求或者高黏附性的需求选择不同的预设参数，以及根据选择的预设参数在待处理工件上机械刻划出微米级沟槽阵列结构，得到微米级处理工件。
具体地，预设参数包括：沟槽深度、凸台宽度和沟槽宽度。如图3所示，图3为本申请实施例中微米级处理工件的结构示意图，图3中a表示沟槽宽度，b表示凸台宽度，h表示沟槽深度。其中，沟槽深度可为100μm，凸台宽度可为100μm，以及，当需求为低黏附性时，沟槽宽度可为120μm或者180μm，当需求为高黏附性时，沟槽宽度可为240μm或者300μm。
S2：构建电解液为0.1mol/L的氢氧化钠溶液、所述微米级处理工件为阳极和惰性材料碳棒为阴极的阳极氧化池，采用预设氧化电压的直流电源进行阳极氧化反应，持续预设反应时长，得到符合低黏附性的需求或者高黏附性的需求的双尺度微纳米复合工件。
具体地，预设氧化电压可为20V，预设反应时长可为30min。沟槽宽度为120μm的试样具有低黏附性，滚动角仅有3°；沟槽宽度为180μm的试样仍具有低黏附性，但滚动角提高到了9°；沟槽宽度为240μm和300μm的试样均具有高黏附性，将试样翻转180°也不掉落，这四种试样均呈现超疏水性。
综上可知，本申请实施例提供了一种微纳疏水结构的黏附性复合加工方法，首先通过机械刻划装置在金属表面加工出一级微米级沟槽阵列，然后在此基础上利用阳极氧化技术在微米级沟槽阵列结构上加工出二级纳米级粗糙结构，构建出双尺度微纳米复合工件，并且可通过调整凸台宽度、沟槽宽度、氧化时间和氧化电压控制工件的尺寸和形貌特征，以此获得符合需求的黏附性可控的超疏水表面。
实施例2
本申请还提供了一种微纳疏水结构的黏附性复合加工方法，如图4所示，图4为本申请实施例中另一种微纳疏水结构的黏附性复合加工方法的流程示意图，包括下述步骤：
S11：设置若干预设参数并且根据低黏附性的需求或者高黏附性的需求选择不同的预设参数。
S12：将待处理工件装夹到机械刻划平台上，根据选择的预设参数更换不同尺寸的刀具在待处理工件上机械刻划出微米级沟槽阵列结构。
具体地，如图5所示，图5为本申请实施例中机械刻划待处理工件时所使用的一种刀具。
S13：对机械刻划后的工件使用不同粒度的砂纸由粗到精进行打磨，然后使用丙酮和去离子水清洗，再在室温下晾干，得到微米级处理工件。
具体地，工件在机械刻划过程中受挤压作用会在凸台两侧形成隆起结构，需要进行将已加工工件进行表面处理用于去除表面隆起，所以可对机械刻划后的工件进行打磨、清洗和晾干操作，方便后续操作。
S21：构建电解液为0.1mol/L的氢氧化钠溶液、微米级处理工件为阳极和惰性材料碳棒为阴极的阳极氧化池，采用预设氧化电压的直流电源进行阳极氧化反应，持续预设反应时长，得到符合低黏附性的需求或者高黏附性的需求的双尺度微纳米复合工件。
S22：清洗双尺度微纳米复合工件，然后在室温下晾干。
综上可知，本申请实施例提供了一种微纳疏水结构的黏附性复合加工方法，利用机械刻划与阳极氧化复合的方法，可以在加工出大尺寸一级微米级结构的基础上实现二级纳米结构的制备，此方法操作简单、易于加工且耗费成本低，能够实现对超疏水表面黏附力的控制，并且具备稳定性强以及可大规模生产的优点，加工出的低黏附超疏水表面在自清洁、减阻、去污等方面和高黏附超疏水表面在液滴无损存贮、转移、定向运输等方面具有潜在应用价值。
以上对本申请的实施例进行了详细说明，但内容仅为本申请的较佳实施例，不能被认为用于限定本申请的实施范围。凡依本申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍属于本申请的专利涵盖范围之内。
Claims (5)
1.一种微纳疏水结构的黏附性复合加工方法，其特征在于，包括下述步骤：
S1：设置若干预设参数并且根据低黏附性的需求或者高黏附性的需求选择不同的预设参数，以及根据选择的所述预设参数在待处理工件上机械刻划出微米级沟槽阵列结构，得到微米级处理工件；
S2：构建电解液为0.1mol/L的氢氧化钠溶液、所述微米级处理工件为阳极和惰性材料碳棒为阴极的阳极氧化池，采用预设氧化电压的直流电源进行阳极氧化反应，持续预设反应时长，得到符合低黏附性的需求或者高黏附性的需求的双尺度微纳米复合工件；
所述步骤S1中的预设参数包括：沟槽深度、凸台宽度和沟槽宽度；
所述沟槽深度为100μm并且凸台宽度为100μm；
以及，当需求为低黏附性时，沟槽宽度为120μm或者180μm；
当需求为高黏附性时，沟槽宽度为240μm或者300μm。
2.根据权利要求1所述的一种微纳疏水结构的黏附性复合加工方法，其特征在于，所述步骤S1包括：
S11：设置若干预设参数并且根据低黏附性的需求或者高黏附性的需求选择不同的预设参数；
S12：将待处理工件装夹到机械刻划平台上，根据选择的所述预设参数更换不同尺寸的刀具在待处理工件上机械刻划出微米级沟槽阵列结构；
S13：依序对机械刻划后的工件进行打磨、清洗和晾干操作，得到微米级处理工件。
3.根据权利要求2所述的一种微纳疏水结构的黏附性复合加工方法，其特征在于，所述步骤S13包括：对机械刻划后的工件使用不同粒度的砂纸由粗到精进行打磨，然后使用丙酮和去离子水清洗，再在室温下晾干，得到微米级处理工件。
4.根据权利要求1所述的一种微纳疏水结构的黏附性复合加工方法，其特征在于，所述步骤S2中的预设氧化电压为20V，以及预设反应时长为30min。
5.根据权利要求1所述的一种微纳疏水结构的黏附性复合加工方法，其特征在于，所述步骤S2包括：
S21：构建电解液为0.1mol/L的氢氧化钠溶液、所述微米级处理工件为阳极和惰性材料碳棒为阴极的阳极氧化池，采用预设氧化电压的直流电源进行阳极氧化反应，持续预设反应时长，得到符合低黏附性的需求或者高黏附性的需求的双尺度微纳米复合工件；
S22：清洗所述双尺度微纳米复合工件，然后在室温下晾干。
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