[发明专利]一种可控制撞击液滴反弹方向的超疏水表面及其构建方法

说明书

本发明公开了一种可控制撞击液滴反弹方向的超疏水表面及其构建方法，所述超疏水表面构建有第一格栅阵列(1)和第二格栅阵列(2)，且所述第一格栅阵列(1)和第二格栅阵列(2)中的格栅阵列相互垂直但不交叉；所述第一格栅阵列(1)不贯穿超疏水表面，第二格栅阵列(2)贯穿超疏水表面；在所述第一格栅阵列(1)和第二格栅阵列(2)结构表面生长有纳米线阵列结构，进行液滴撞击试验时，液滴反弹离开试样表面后均朝向未贯穿试样表面的第一格栅方向偏离，且偏离角度θ均大于5°，具有定向运动的特性。依据本发明提供的方法，制备的可控制撞击液滴反弹方向的超疏水表面对于超疏水表面工业化应用具有重要的实践意义。

技术领域

本发明属于金属基体表面处理技术领域，特别涉及可控制撞击液滴反弹方向的超疏水表面及其构建方法。制备的可控制撞击液滴反弹方向的超疏水表面对促进超疏水表面的工业化应用和基础研究具有重要的实践意义。

背景技术

仿生超疏水表面(指表观接触角大于150°，滚动角小于10°)因其具有优异的自清洁性、防腐蚀性、流体减阻、防覆冰以及防水性能，在工业生产、日常生活及国防装备中展示出较强的应用潜力，而引起了各国科研工作者的广泛研究兴趣，期望能够在金属材料、无机材料和高分子材料基体表面实现功能化复制[1-3]。

研究表明，一定尺度的微/纳米复合结构能够在固/液界面处形成一层特殊气膜，使液滴不能够润湿固体表面，从而达到超疏水效果。超疏水表面特殊的复合接触界面引起了较小的实际固/液接触面积，进而产生强烈的表面斥水性能迫使以一定速度落到固体表面的液滴，能够在较短时间内反弹离开固体表面。

设计研究出一种特殊的微观结构，能够迫使撞击液滴在反弹离开超疏水表面之后能够按照所预想的方向运动，对于超疏水材料的工业化使用和基础研究具有重要的意义。

发明内容

本发明的目的在于提出一种可控制撞击液滴反弹方向的超疏水表面及其构建方法，以研究液滴在撞击超疏水表面后的反弹定向运动机制，从而达到控制水滴反弹运动方向的目的。

本发明的技术方案如下：

一种可控制撞击液滴反弹方向的超疏水表面，所述超疏水表面构建有第一格栅阵列1和第二格栅阵列2，且所述第一格栅阵列1和第二格栅阵列2中的格栅阵列相互垂直但不交叉；所述第一格栅阵列1不贯穿超疏水表面，第二格栅阵列2贯穿超疏水表面；在所述第一格栅阵列1和第二格栅阵列2结构表面生长有纳米线阵列结构。

所述的超疏水表面，所述超疏水表面的基体材料为金属基体材料钛及其合金材料。

所述的超疏水表面，所述第一格栅阵列1中的格栅较第二格栅阵列2中的格栅稀疏。

所述的超疏水表面，所述第一格栅阵列1和第二格栅阵列2中的格栅高度、宽度相同。

所述的超疏水表面，第二格栅阵列2中的格栅尺寸为：高度为0.5～0.9mm，宽度为0.1～0.15mm，格栅间隔距离为0.1～0.25mm；第一格栅阵列1中的格栅尺寸为：高度为0.5～0.9mm，宽度为0.1～0.15mm，格栅间隔距离为0.25～0.8mm。

所述的超疏水表面，第二格栅阵列2中的格栅间隔距离为0.25mm；第一格栅阵列1中的格栅间隔距离为0.25～0.65mm，优选为0.35、0.45、0.55、0.65。

所述的超疏水表面的构建方法，包括以下步骤：

1)采用金相砂纸对基体进行打磨，直至表面没有明显划痕，并进行抛光处理，最后采用去离子水、丙酮、无水乙醇以及去离子水依次进行超声清洗并晾干待用；

2)采用超精细铣床加工工艺对钛合金表面进行加工制成所述第一格栅阵列1和第二格栅阵列2；

3)采用水热处理方法，在上述格栅结构表面生长纳米线阵列结构；