本發明涉及仿生功能表面，具體涉及一種制備超疏水表面的方法及其應用。

背景技術：

1、超疏水表面是一種具有特殊濕潤性的表面，水滴在該表面上的靜態接觸角超過150°。超疏水表面按照滾動角的大小不同可以細分為以下兩類：低滾動角的“荷葉效應”超疏水表面和高滾動角的“花瓣效應”超疏水表面。超疏水表面已經被應用在自清潔、抗粘附、集霧、抗結冰、耐腐蝕、液體無損轉移、液滴傳感器等多個領域，展現出了巨大的應用潛力。目前，制備超疏水表面的工藝眾多，主要包括光刻、激光刻蝕、3d打印、電沉積、化學沉積等，但現有的制備工藝普遍存在步驟比較繁瑣的問題，而且通常只能制備單一種類的潤濕性表面，難以完全滿足實際應用要求。

2、因此，開發一種操作簡單、表面潤濕特性可以靈活切換的超疏水表面制備方法具有十分重要的意義。

技術實現思路

1、本發明的目的在于提供一種制備超疏水表面的方法及其應用。

2、本發明所采取的技術方案是：

3、一種制備超疏水表面的方法包括以下步驟：

4、1)設計待加工微結構的樣式和參數，再采用皮秒激光器對不銹鋼基材的表面進行激光加工；所述待加工微結構包含若干圓槽狀微結構；所述圓槽狀微結構的內部中間位置含有火山口狀環柱凸起，與圓槽狀微結構的外壁共同構成內外雙層封閉氣槽結構；所述圓槽狀微結構的半徑為100μm～140μm，間距為40μm～45μm；所述火山口狀環柱凸起的內部半徑為20μm～50μm，環柱厚度為30μm～45μm；

5、2)采用含氟硅烷對不銹鋼基材進行表面改性處理。

6、優選地，步驟1)所述不銹鋼基材為304不銹鋼基材、316l不銹鋼基材中的一種。

7、優選地，步驟1)所述不銹鋼基材在使用前進行了超聲清洗和干燥。

8、優選地，所述超聲清洗包括以下操作：將不銹鋼基材浸入水中，在超聲頻率為28khz～40khz的條件下超聲清洗10min～20min。

9、優選地，步驟1)所述激光加工的工藝參數包括：激光加工功率為9w～10w，激光頻率為450khz～550khz，掃描速度為450mm/s～550mm/s，掃描次數為5次～50次。

10、優選地，步驟1)所述圓槽狀微結構呈陣列排布。

11、優選地，步驟1)所述激光加工結束后還對不銹鋼基材進行了超聲清洗和干燥。

12、優選地，所述超聲清洗包括以下操作：將不銹鋼基材浸入水中，在超聲頻率為28khz～40khz的條件下超聲清洗10min～20min。

13、優選地，步驟2)所述含氟硅烷為1h,1h,2h,2h-全氟癸基三甲氧基硅烷、1h,1h,2h,2h-全氟癸基三乙氧基硅烷、3,3,3-三氟丙基三甲氧基硅烷、3,3,3-三氟丙基三乙氧基硅烷、十三氟辛基三甲氧基硅烷、十三氟辛基三乙氧基硅烷中的至少一種。

14、優選地，步驟2)所述表面改性處理包括以下操作：將不銹鋼基材浸入含氟硅烷的分散液中進行浸泡。

15、優選地，所述含氟硅烷的分散液中的溶劑為乙醇、甲醇、正丙醇、異丙醇、正丁醇中的至少一種。

16、優選地，所述含氟硅烷的分散液中的含氟硅烷的質量分數為0.5％～5.0％。

17、優選地，所述浸泡的時間為2h～4h。

18、優選地，步驟2)所述表面改性處理結束后還對不銹鋼基材進行了干燥。

19、優選地，所述干燥在溫度為140℃～160℃的條件下進行，干燥時間為1h～2h。

20、一種如上所述的制備超疏水表面的方法在制備自清潔材料、抗粘附材料、集霧材料、抗結冰材料、耐腐蝕材料、液體無損轉移材料或液滴傳感器中的應用。

21、本發明的有益效果是：本發明利用皮秒激光熔融加工工藝在不銹鋼基材的表面制備出圓槽狀微結構，并利用含氟硅烷進行表面改性處理，得到了超疏水表面，且只需要改變激光加工的掃描次數便可以實現超疏水表面的潤濕特性的靈活切換(低滾動角的“荷葉效應”超疏水表面和高滾動角的“花瓣效應”超疏水表面的切換)，操作簡單。

技術特征：

1.一種制備超疏水表面的方法，其特征在于，包括以下步驟：

2.根據權利要求1所述的制備超疏水表面的方法，其特征在于：步驟1)所述不銹鋼基材在使用前進行了超聲清洗和干燥。

3.根據權利要求1或2所述的制備超疏水表面的方法，其特征在于：步驟1)所述激光加工的工藝參數包括：激光加工功率為9w～10w，激光頻率為450khz～550khz，掃描速度為450mm/s～550mm/s，掃描次數為5次～50次。

4.根據權利要求1或2所述的制備超疏水表面的方法，其特征在于：步驟1)所述圓槽狀微結構呈陣列排布。

5.根據權利要求1或2所述的制備超疏水表面的方法，其特征在于：步驟1)所述激光加工結束后還對不銹鋼基材進行了超聲清洗和干燥。

6.根據權利要求1所述的制備超疏水表面的方法，其特征在于：步驟2)所述含氟硅烷為1h,1h,2h,2h-全氟癸基三甲氧基硅烷、1h,1h,2h,2h-全氟癸基三乙氧基硅烷、3,3,3-三氟丙基三甲氧基硅烷、3,3,3-三氟丙基三乙氧基硅烷、十三氟辛基三甲氧基硅烷、十三氟辛基三乙氧基硅烷中的至少一種。

7.根據權利要求1或6所述的制備超疏水表面的方法，其特征在于：步驟2)所述表面改性處理包括以下操作：將不銹鋼基材浸入含氟硅烷的分散液中進行浸泡。

8.根據權利要求7所述的制備超疏水表面的方法，其特征在于：所述浸泡的時間為2h～4h。

9.根據權利要求1或6所述的制備超疏水表面的方法，其特征在于：步驟2)所述表面改性處理結束后還對不銹鋼基材進行了干燥。

10.一種如權利要求1～9中任意一項所述的制備超疏水表面的方法在制備自清潔材料、抗粘附材料、集霧材料、抗結冰材料、耐腐蝕材料、液體無損轉移材料或液滴傳感器中的應用。

技術總結
本發明公開了一種制備超疏水表面的方法及其應用。本發明的制備超疏水表面的方法包括以下步驟：1)設計待加工微結構的樣式和參數，再采用皮秒激光器對不銹鋼基材的表面進行激光加工；2)采用含氟硅烷對不銹鋼基材進行表面改性處理。本發明利用皮秒激光熔融加工工藝在不銹鋼基材的表面制備出圓槽狀微結構，并利用含氟硅烷進行表面改性處理，得到了超疏水表面，且只需要改變激光加工的掃描次數便可以實現超疏水表面的潤濕特性的靈活切換，操作簡單。

技術研發人員：高嬌,羅康鵬,張嘉傲,陸龍生
受保護的技術使用者：華南理工大學
技術研發日：
技術公布日：2025/4/28