CN214350095U - 一种在金属上制备超疏水微织构表面和超亲水微坑的装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种在金属上制备超疏水微织构表面和超亲水微坑的装置，属于掩膜电解加工领域。该装置包括喷嘴、工件、阴极、掩膜带、主动轮、从动轮、电解电源。基于该装置，将掩膜带置于待加工工件和阴极之间并紧贴待加工工件且随着主动轮转动；将工件与阴极分别与电解电源的正负极相连接；通过喷嘴向掩膜带与工件表面间的夹角处高速喷射电解液，使电解液在掩膜带的携带作用下进入加工间隙。接通电解电源，将工件表面全部加工成超疏水结构，再将尼龙网紧贴在掩膜上，使超疏水微织构面上加工出超亲水的定点微坑。本实用新型具有易实现工件表面超疏水结构，溶液量取过程中无残留，效率高、可批量生产的优点。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种在金属上制备超疏水微织构表面和超亲水微坑的装置，属于掩膜电解加工领域。
背景技术
随着工业、制药产业产品的精密化和微量化，出现了大量、形式各异的微细结构，其中金属表面微织构应用很多，在工业、制药产业中有着广泛的应用。目前金属表面超疏水微织构的加工方法包括光刻蚀法、模板法、静电纺丝法、溶胶-凝胶法、涂层法、电解加工法等。其中，电解加工具有独特的工艺优势而更有发展优势。带式掩膜电解加工法是电解加工的一个重要形式，它集成了光刻和电解加工的工艺过程，继承了两者的工艺优点。为此，带式掩膜加工至今仍是制备金属表面微织构的主流技术之一。常规的掩膜电解加工通常需要经过涂胶、前烘、曝光、后烘、显影等一系列过程来制备掩膜，而且常规掩膜电解加工工艺成本高、工艺质量控制难度大，使的它在工业和医药制备中受到一定的限制。
对此，人们开发出带式掩膜电解加工，利用带式掩膜电解加工微细结构时，带式掩膜不是粘接而是紧贴与待加工工件表面，可反复使用。这很大程度上提高了工艺操作的简便性，并降低了工艺成本，反应条件温和，通过改变掩膜的形状得到独特的纳米级的乳突结构。这其中在待加工工件表面形成超疏水表面结构和亲水的微坑十分关键，也是难点。因为它直接决定着工艺的可行性和质量。
为解决量取微量溶剂的问题，申请号为201910292565.4等专利提出液体量取的装置和方法。该方法的主要特征是：把计量管和容器通过底部的弯管进行连接，利用连通器原理将液体倒入容器中，调节容器相对于计量管的高度来确定计量管的最终的液面高度，通过读计量管的示数来确定待测量液体的体积。该方法很好的解决了频繁量取液体导致液体外漏、污染环境、测量不精准的的问题，但因为计量管、弯管和容器内侧表面容易有液体残留，进而影响液体的测量，导致测量结果的不准确。因此，有必要进行改变常规的液体测量方法，以使带式掩膜电解加工出具有超疏水微织构表面和超亲水微坑的工件精准测量微体积的方法得到最大限度的展现。
发明内容
本实用新型专利的目的是提供一种在金属上制备超疏水微织构表面和超亲水微坑的装置。
为达到上述目的，本实用新型的技术方案是：一种在金属上制备超疏水微织构表面和超亲水微坑的装置，它包括喷嘴、工件、阴极、电解电源,其特征在于：它还包括掩膜带、主动轮、从动轮；所述的掩膜带包括尼龙网和定点打孔状掩膜带；所述的主动轮和从动轮为圆柱体形状；所述的掩膜带两端分别缠绕在主动轮和从动轮上；所述的主动轮和从动轮在同一水平线上，且对称分置于工件和阴极两侧；所述的从动轮、阴极和工件可绕各自的旋转中心转动；所述的工件位于阴极的正下方，并与掩膜带紧密接触；所述的工件和阴极的旋转中心线在同一竖直平面上。
所述的掩膜带为孔隙率为70%-80%的电绝缘高分子材料薄膜。
所述的主动轮在驱动源的作用下绕自身轴线转动，同时主动轮通过掩膜带在摩擦力的作用下带动从动轮、阴极和工件转动。
本实用新型的工作原理和过程如下。
先将尼龙网缠绕在主动轮、从动轮上，并使尼龙网紧密贴合在工件上。通过喷嘴向掩膜带与工件表面间的夹角处高速喷射电解液，使电解液在掩膜带的携带作用下进入加工间隙。把阴极与电解电源负极连接，工件与电解电源阳极连接极。此时接通电解电源，待工件表面形成纳米级乳突结构时，断开电源停止供液。再将工件完全浸泡氟硅烷水溶液中，进行50min氟化处理，保证工件表面低表面能以形成超疏水微织构表面。再将尼龙网紧密压贴在定点打孔状掩膜带上，将两者作为一个整体紧紧缠绕在主动轮、从动轮上，并使尼龙网和掩膜紧密压贴在工件上。并通过喷嘴向掩膜带与工件表面间的夹角处高速喷射电解液，使电解液在掩膜带的携带作用下进入加工间隙。把阴极与电解电源负极连接，工件与电解电源阳极连接极。此时接通电解电源，待工件表面形成所需体积的超亲水微坑时，断开电源停止供液。通过在工件上整个表面做成超疏水结构，并在超疏水结构上做出一定大小超亲水微坑用于在溶剂池中量取一定量的试剂，可实现大批量生产，提高试剂定量量取的效率。
综上所述，本发明与现有技术相比具有以下优点。
（1）易实现表面超疏水微织构。通过带式掩膜装置，可以在工件表面短时间内形成超亲水表面，再通过氟化处理，使工件整个表面经过化学刻蚀转化为超疏水表面。
（2）量取溶液精度高且无溶液残留。通过在工件整个表面加工出超疏水微织构，并在超疏水微织构的表面上电解出所需要一定体积的超亲水微坑，所以在该工件表面的微坑上量取一定量体积的溶液时，无溶液残留，并且可实现超精细体积溶液的量取。
（3）量取一定量体积溶液的效率高，可实现批量生产。由于工件具有超亲水微坑、超疏水表面，可使工件从溶液池中拉出或向工件表面慢速喷射溶液就能在工件表面得到一排一定体积的球状溶剂，从而提高量取一定量体积溶液的效率，并且可实现批量生产。
附图说明
图1为本实用新型的三维视图。
图2为本实用新型的具有超疏水微织构表面和超亲水微坑工件的二维俯视图。
图3为本实用新型的在工件上加工超亲水微坑的二维剖视图。
图中标号名称：1、工件；1-1、超亲水微坑；1-2、超疏水微织构表面；2、喷嘴；3、从动轮；4、阴极；5、主动轮；6、掩膜带；6-1、尼龙网；6-2、定点打孔状掩膜带；7、电解电源。
具体实施方式
下面结合图1、图2和图3对实用新型的实施作进一步描述。
一种在金属上制备超疏水微织构表面和超亲水微坑的装置，它包括直径为30mm、长度为60mm的圆柱状工件1和阴极4、喷嘴2、电解电源7,其特征在于：它还包括直径为40mm、长度为80mm的从动轮3和主动轮5、掩膜带6；掩膜带6包括厚度为130um、孔径为20um的尼龙网6-1和厚度为60um、孔径为200um的定点打孔状掩膜带6-2；所述的主动轮5和从动轮3为圆柱体形状；所述的掩膜带6两端分别缠绕在主动轮5和从动轮3上；所述的主动轮5和从动轮3在同一水平线上，且对称分置于工件1和阴极4两侧；所述的从动轮3、阴极4和工件1可绕各自的旋转中心转动；所述的工件1位于阴极4的正下方，并与掩膜带6紧密接触；所述的工件1和阴极4的旋转中心线在同一竖直平面上。
掩膜带6为孔隙率为70%-80%的电绝缘高分子材料薄膜。
主动轮5在驱动源的作用下绕自身轴线转动，同时主动轮5通过掩膜带6在摩擦力的作用下带动从动轮3、阴极4和工件1转动。
一种在金属上制备超疏水微织构表面和超亲水微坑的装置，它包括以下加工步骤：
S1.将尼龙网3-1包裹在待加工工件1表面上；
S2.将阴极4与电解电源7的负极相连接，工件1与电解电源7的正极相连接；
S3.通过喷嘴2向掩膜带6与阴极4表面间的夹角处高速喷射电解液，使电解液在掩膜带6的携带作用下进入加工间隙；
S4.接通电解电源7，开始进行电解加工，直至工件1表面完全形成超亲水微织构，断开电解电源7，停止供液；
S5.将S4形成具有超亲水微织构的工件1完全浸泡在氟硅烷溶液中，进行氟化处理50min，使工件1表面完全转化为超疏水微织构；
S6.把定点打孔状掩膜带3-2紧密贴合于尼龙网上部，再将两者紧密贴合在工件1上，并将掩膜带的两端缠绕在主动轮5、从动轮3上；
S7.重复S2～S3步后，接通电解电源7，开始电解加工直至工件整个表面形成定点、一定容积量的圆状超亲水微坑1-1；
S8.当达到加工要求后，断开电解电源7，停止供液，完成加工。
Claims (3)
1.一种在金属上制备超疏水微织构表面和超亲水微坑的装置，它包括喷嘴（2）、工件（1）、阴极（4）、电解电源（7）,其特征在于：它还包括掩膜带（6）、主动轮（5）、从动轮（3）；所述的掩膜带（6）包括尼龙网（6-1）和定点打孔状掩膜带（6-2）；所述的主动轮（5）和从动轮（3）为圆柱体形状；所述的掩膜带（6）两端分别缠绕在主动轮（5）和从动轮（3）上；所述的主动轮（5）和从动轮（3）在同一水平线上，且对称分置于工件（1）和阴极（4）两侧；所述的从动轮（3）、阴极（4）和工件（1）可绕各自的旋转中心转动；所述的工件（1）位于阴极（4）的正下方，并与掩膜带（6）紧密接触；所述的工件（1）和阴极（4）的旋转中心线在同一竖直平面上。
2.根据权利要求1所述的一种在金属上制备超疏水微织构表面和超亲水微坑的装置，其特征在于：所述的掩膜带（6）为孔隙率为70%-80%的电绝缘高分子材料薄膜。
3.根据权利要求1所述的一种在金属上制备超疏水微织构表面和超亲水微坑的装置，其特征在于：所述的主动轮（5）在驱动源的作用下绕自身轴线转动，同时主动轮（5）通过掩膜带（6）在摩擦力的作用下带动从动轮（3）、阴极（4）和工件（1）转动。
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