[发明专利]一种激光直接刻蚀金属制备干粘合结构表面的方法

说明书

本发明提供了一种激光直接刻蚀金属制备干粘合结构表面的方法，包括：准备金属基片和金属箔，仿照壁虎刚毛结构将若干根刚毛按点阵排布方式设计排布在金属基片上；分别在金属基片和金属箔表面制备超疏水微结构；将金属箔贴合固定在金属基片表面，采用激光精细点焊工艺，将金属箔与金属基片按人造金属刚毛点阵进行锚点焊接，采用脉冲激光精细刻蚀工艺，按照人造金属刚毛点阵的人造金属刚毛轮廓图形，对金属箔进行人造金属刚毛轮廓切割，形成簇状人造金属刚毛阵列。本发明所制备的结构为任意图形点阵排布的水平方向翘曲呈一定倾斜角的微纳米级簇状人造金属刚毛，基于该结构的金属表面能实现高粘附、易脱附、自清洁和超疏水性能。

背景技术

激光加工是将激光束照射到工件的表面，以激光的高能量来切除、熔化材料以及改变物体表面性能。由于激光加工是无接触式加工，工具不会与工件的表面直接摩擦产生阻力，所以激光加工的速度极快、加工对象受热影响的范围较小而且不会产生噪音。由于激光束的能量和光束的移动速度均可调节，因此激光加工可应用到不同层面和范围上。

自然界中诸多生物均拥有优越的力学性能，最出众的代表就是壁虎。壁虎足底是一种多分级、多纤维状表面的结构，壁虎的每个脚趾生有数百万根细小刚毛，每根刚毛的长度约为30～130μm，直径为数微米(人类头发直径的1/10)，刚毛的末端又分叉形成数百根更细小的铲状绒毛(100～1000根)，每根绒毛长度及宽度方向的尺寸约为200nm，厚度约为5nm。壁虎不仅具有各向异性高粘附，还能在爬行中实现足底刚毛粘附、脱附状态的快速切换。此外壁虎刚毛还具有优异的自清洁性能，能适应不同粗糙度的表面，具有广泛性。

目前，仿壁虎足底刚毛结构表面(即仿生干粘合结构表面)的制备方法大多与化学相关，可以分为两种类型：(1)蚀刻和铸造，即将聚合物浇注到蚀刻模具中然后脱模；(2)气相生长，主要使用CVD(低压气相沉积)来制造纳米管或纳米线。前一种方法通常包括准备基材，旋涂，烘烤，曝光，显影等一系列复杂的程序，需要在洁净室内处理。气相生长，过程是昂贵复杂的，并且样品表现出不明显的正常粘附。此外，用这些方法制作的仿壁虎足底表面结构的大小通常从毫米到几厘米不等。一个更大的表面只能通过小块的组合来实现，这可能会导致错位的问题。有许多干粘合表面，但是由于低产量，高成本的制造工艺，其中很少成功地用于工程。因此，需要简单和低成本的制造技术来促进仿壁虎足底表面在工业中的应用。

发明内容

针对上述现有技术的不足，本发明提供了一种激光直接刻蚀金属制备干粘合结构表面的方法。

本发明提供的技术方案如下：

一种激光直接刻蚀金属制备干粘合结构表面的方法，包括以下步骤：

(1)准备金属基片和金属箔，所述金属基片和金属箔的表面粗糙度Ra值均小于3.2μm，金属基片厚度大于1mm，金属箔厚度范围为0.002mm～0.2mm；所述金属箔具有柔韧性，金属基片表面为可展表面；

(2)仿照壁虎刚毛结构设计若干根刚毛，将所述若干根刚毛按点阵排布方式设计排布在金属基片上，形成人造金属刚毛点阵；所述人造金属刚毛点阵所在的区域即为待加工的干粘合结构图形区域；

(3)分别在金属基片和金属箔表面制备超疏水微结构；

(4)将金属箔贴合固定在金属基片表面，要求金属箔完全覆盖金属基片上待加工的干粘合结构图形区域；

(5)采用激光精细点焊工艺，将金属箔与金属基片按人造金属刚毛点阵进行锚点焊接，要求焊点处形成冶金结合；所述锚点是指人造金属刚毛与金属基片的结合点；

(6)采用脉冲激光精细刻蚀工艺，按照人造金属刚毛点阵的人造金属刚毛轮廓图形，对金属箔进行人造金属刚毛轮廓切割，即通过多遍重复刻蚀将金属箔完全穿透至金属基片表面；在刻蚀过程中，由于激光辐照的热应力作用，将使得人造金属刚毛除锚点处外发生自动翘曲而部分脱离金属基片表面，金属箔剩余材料则完全脱离金属基片表面；当所有人造金属刚毛轮廓图形均刻蚀完成后即形成簇状人造金属刚毛阵列，从而完成了金属干粘合结构表面的制备。