[发明专利]一种激光处理制备防污减阻材料的方法及装置

说明书

本发明属于激光加工技术领域，公开了一种激光处理制备防污减阻材料的方法及装置，装置主要包括皮秒激光发射组件、飞秒激光发射组件及扫描聚焦组件，飞秒激光发射组件用于发射飞秒激光，使待处理材料表面形成具有超疏水性能的微纳混合结构；皮秒激光发射组件用于发射皮秒激光，使该待处理材料表面形成超亲水区域。本发明通过对装置中各组件的结构及其设置方式，及相应处理方法等进行改进，利用皮秒激光与飞秒激光的综合作用形成超亲水‑超疏水(或亲水‑超疏水、疏水‑超疏水)材料表面形貌，实现复合浸润性，能够减小待处理材料在水中的阻力，同时起到防污作用，能够有效解决传统电化学腐蚀方法无法实现复合浸润性的微纳结构及环境污染大等问题。

技术领域

本发明属于激光加工技术领域，更具体地，涉及一种激光处理制备防污减阻材料的方法及装置，能够实现表面防污减阻材料的制备。

背景技术

随着对水下航行器性能要求的提高及对环境保护的重视，航行器水下航行中的污染和摩擦损耗越来越受到人们的重视，如何防污减阻也逐渐变成了一个热门项目。防污减阻研究的目的在于降低航行器在水中运动时所受到的污染和摩擦阻力，减少能源消耗，提高航行体的航速以及使用寿命。目前，各种防污减阻理论和方法不断涌现，其中利用具有特殊浸润性的材料作防污减阻材料尤其受到关注。具有特殊浸润性的材料主要指超疏水和超亲水材料，这两种功能材料在防污减阻方面均具有各自的优势和缺陷。超疏水材料是利用其自身的疏水特性，在固液接触面之间充斥着大量的气体，减小固液接触面，并利用气液摩擦远远小于固液摩擦特点，来减小摩擦阻力，从而即达到防污，又具有减阻效果的目的。但是另一方面，超疏水材料的斥水作用也会导致液体的提前分离，引起激波，增大压差阻力，甚至在某种条件下会导致总阻力增大。而对于超亲水材料，尽管由于其对水的吸附作用会增大物体所受的摩擦阻力和吸附污渍，但由于其亲水特性能够很好的稳定流场，在特殊条件下反而有利于总阻力的降低效果。由于单纯的超亲水或超疏水材料均具有各自的优势以及局限性，因此，如何发挥这两种功能材料的各自优势并抑制各自缺点，将二者优势有机地结合起来，形成一种既要保证减小水与结构物的接触面积，又要保持流场的稳定，水与结构物不能完全分离的亲疏水复合浸润性能的微纳结构，从而获得既能防污，又能减阻的功效，是解决这个问题的技术瓶颈。

在材料表面上实现特殊浸润性能的结构通常是由微/纳混合结构制备而成，而传统方法制备特殊浸润性材料主要是通过电化学腐蚀的方式。电化学腐蚀方法由于制备精度差，分辨率低，因而只能对材料表面进行单一浸润性性处理，无法产生所需亲疏水复合浸润性的微纳结构。此外，这种电化学腐蚀的方法还会产生大量的化学废料，排放会对环境造成污染。因此，如何制备具有亲疏水复合浸润性能的微纳结构，是解决这个问题的另一个技术瓶颈。

发明内容

针对以上现有技术的缺陷或改进需求，本发明的目的在于提供一种激光处理制备防污减阻材料的方法及装置，通过对装置中各组件的结构及其设置方式，处理方法的整体流程工艺设计等进行改进，利用皮秒激光与飞秒激光的综合作用形成超疏水与超亲水相间的材料表面形貌(即，超亲水-超疏水表面形貌；当然也可以形成亲水-超疏水、或疏水-超疏水)，与现有技术相比能够有效解决传统电化学腐蚀方法无法实现超亲水-超疏水复合浸润性的微纳结构、以及环境污染大等问题。利用本发明中的装置及方法，能够例如将超疏水性能结构与超亲水性能结构以一定的排列组合方式制备在同一材料表面上，形成一种复合浸润性的防污减阻功能材料，既保留超疏水材料的斥水特性，保持防污以及良好的摩擦减阻能力，又能够利用超亲水材料的亲水特性，稳定流场，最终实现高效、稳定的防污减阻表面功能。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种激光处理制备防污减阻材料的装置，其特征在于，包括皮秒激光发射组件、飞秒激光发射组件、扫描聚焦组件以及载物工作台，其中，所述载物工作台用于放置待进行防污减阻处理的待处理材料(10)；