[发明专利]一种稳定超疏水自清洁表面及其双光束干涉法的制备方法

说明书

本发明提供了一种稳定超疏水自清洁表面及其双光束干涉法的制备方法，将抛光、清洗后的铝合金样品固定在加工平台上，采用两个相干激光束干涉叠加的双光束干涉法对铝合金样品表面进行烧蚀，得到具有周期性可控化尺寸微纳复合结构的铝合金样品，最后将铝合金样品浸入硬脂酸溶液种进行表面修饰处理，得到一种稳定超疏水自清洁铝合金表面。本发明将双光束干涉法与表面修饰结合，制备出一种稳定超疏水自清洁表面，通过改变双光束激光干涉的光学参数，调整被双光束干涉材料表面微纳复合结构的参数，控制微纳复合结构的周期性尺寸和微结构形状尺寸，更好的满足超疏水性能和适应自清洁功能的要求。

技术领域

本发明属于对仿生超疏水自清洁表面处理技术领域，具体涉及一种稳定超疏水自清洁表面及其双光束干涉法的制备方法。

背景技术

铝合金因其具有良好的物理化学性能，在生活及工业领域得到了广泛使用。但是普通的铝合金表面呈亲水性：例如当水聚集在其表面时，水滴不容易滚落，在低温下，其表面容易发生结冰、结霜等现象，在生活及工业的实际应用领域带来诸多不便。近年来，仿生学不断发展，研究人员受荷叶自清洁机理的启发，制作稳定的仿生自清洁超疏水表面。通过对荷叶表面研究发现，荷叶表面除了覆盖着一层表面能较低的植物蜡外，蜡质层下的微观结构对其超疏水自清洁功能的起主要作用。这种微观结构是由微米级和纳米级乳突构成。研究证明，正是这种微纳复合结构使荷叶表面具有大的接触角和很好的超疏水性，于是科研人员针对材料表面的超疏水的研究也日益广泛深入。我们认为只要构造合适的仿生微纳复合结构，再通过对微纳复合结构表面进行低表面能处理，我们也能获得类荷叶一样的具有很好超疏水性能和自清洁功能的表面。

在研究中，通常用静态接触角θ来判断固体表面的亲疏水性（即湿润性），当θ=0°时，固体表面被完全湿润，具有超亲水性；当θ90°时，固体表面部分被浸润，具有亲水性；当θ150°时，固体表面不易被浸润，具有疏水性；当θ150°时，固体表面的液体呈球状，完全不被浸润，具有超疏水性。

目前，制备超疏水表面的主要方法包括：激光法、阳极氧化法、溶胶-凝胶法等。其中激光法属于无接触制备，并且高能量激光束的能量及其移动速度均可调，因此可以实现多种制备的目的，所以激光辅助超疏水表面制备技术被越来越多的应用到金属材料表面。专利201510281694.5采用短脉冲激光在铝合金超疏水表面制备微织构，然后放入电热干燥箱中进行烘烤得到表面具有微纳复合结构的超疏水自清洁表面。专利CN201611094510.5采用激光打标机制备铝合金表面微结构，与硅烷化处理技术相结合的方法实现超疏水表面。上述激光表面结构制备技术成熟，工艺相对简单，但是都是基于单光束激光直写制备的方法，本质上受光学衍射极限限制，即便是使用理想的光学透镜，焦点尺寸最小也约为光波长的一半，因而制备分辨率也受到限制，也无法保证微纳复合结构的结构稳定性，也无法实现更高精度和更高分辨率的制备。而对应于各领域的不同应用需求来说，提高微纳复合结构的稳定性，线宽及分辨率的提高无疑也会更具有吸引力。

如何解决单光束激光直写制备方法受光学衍射极限限制，无法实现更高精度和更高分辨率的制备，如何增强超疏水表面稳定性，提出一种基于双光束干涉原理的激光直写制备技术的高精度、高分辨率的制备方法，是目前科研工作者亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种稳定超疏水自清洁表面及其双光束干涉法的制备方法，克服现有方法不足而提出的一种能精确控制微纳结构尺寸范围，不破坏结构功能稳定性，制备效率高的一种稳定超疏水自清洁表面的制备方法。

本方法的技术方案是：