[发明专利]仿生金属超润湿跨尺度结构设计方法与制备方法

权利要求书

1.仿生金属超润湿跨尺度结构设计方法，其特征在于：设计仿荷叶表面的宏观大面积表面周期乳突结构，在乳突结构上的微结构上构造微纳周期结构，得到宏观-微纳跨尺度几何模型，具体为：以荷叶表面跨尺度结构作为设计原型，采用旋转抛物面模拟荷叶宏观表面结构的大尺度结构，旋转抛物面的底部直径d1、高H1、周期为P1；采用半球体模拟荷叶宏观表面小尺度结构，半球体的直径d2、周期P2；根据所设计的几何模型，推导出该表面的表观接触角计算公式，根据公式确定合适的几何参数，以满足理想的超润湿表面结构；

对于超亲水设计：根据经典润湿理论中Wenzel理论的公式 结合几何条件得微结构表观接触角 为

其中θ_e为仿生金属表面的本征接触角，可在抛光后的金属表面直接测量得到，根据计算公式确定参数d1、H1、P1、d2、P2，使接触角低于5°，达到超亲水状态；

对于超疏水设计：根据经典润湿理论中Cassie理论的公式 结合几何条件得微结构表观接触角 为

其中θ_e1等于旋转抛物面表面的小尺度微结构的表观接触角 可由下式获得，

其中θ_e2为光滑仿生金属表面硅烷化后的本征接触角，可在抛光并硅烷化后的仿生金属表面直接测量得到，根据计算公式确定参数d1、H1、P1、d2、P2，使接触角超过150°，达到超疏水状态。

2.如权利要求1所述的仿生金属超润湿跨尺度结构的制备方法，包括样品准备、飞秒激光处理和样品清理，飞秒激光处理的具体步骤为：将样品置于高真空室中， 开启激光器，根据对仿生金属超润湿跨尺度结构进行设计后得到的几何参数，调整激光参数和激光扫描路径后进行第一次平面扫描处理，其特征在于：在进行了一次平面扫描后，将样品旋转90°后再用低能量激光再进行一次平面扫描，第二次扫描所用的单脉冲能量的值低于在仿生金属的光滑表面扫描产生波纹结构的能量阈值。

3.如权利要求2所述的仿生金属超润湿跨尺度结构的制备方法，其特征在于：两次平面扫描处理的激光波长为400nm或800nm，脉冲时间130fs，频率1kHz，激光扫描速度为0.8～1.5mm/s。

4.如权利要求2所述的仿生金属超润湿跨尺度结构的制备方法，其特征在于：第一次扫描所用的单脉冲能量范围为0.2～2.5mJ。

5.如权利要求2所述的仿生金属超润湿跨尺度结构的制备方法，其特征在于：第二次扫描所用的单脉冲能量的值为5～20μJ。

6.如权利要求2所述的仿生金属超润湿跨尺度结构的制备方法，其特征在于：激光扫描路径的线间距大小要保证超过一半的光斑相互重叠。

7.如权利要求2所述的仿生金属超润湿跨尺度结构的制备方法，其特征在于：对于不锈钢，扫描线间距30μm，扫描速度1mm/s，第一次面扫描的激光能量为600μJ，样品旋转90°后第二次扫描的激光能量为10μJ。

8.如权利要求2所述的仿生金属超润湿跨尺度结构的制备方法，其特征在于：对于Ti及其合金，扫描线间距为25μm，扫描速度为0.8mm/s，第一次面扫描激光能量为600μJ～800μJ，第二次扫描的激光能量为10～12μJ。

9.如权利要求2所述的仿生金属超润湿跨尺度结构的制备方法，其特征在于：对于铜及其合金，扫描线间距为40μm，扫描速度为1.5mm/s，第一次面扫描激光能量为300μJ～400μJ，第二次扫描的激光能量为7～9μJ。

10.如权利要求2所述的仿生金属超润湿跨尺度结构的制备方法，其特征在于：对于镍金属及其合金，扫描线间距为30μm，扫描速度为0.9mm/s，第一次面扫描激光能量为500μJ～700μJ，第二次扫描的激光能量为9～11μJ。