[发明专利]一种在超亲水铝合金表面实现水滴输运的方法

说明书

本发明属于金属材料表面改性技术领域，涉及铝合金表面超亲水微沟槽结构的制备方法。本发明提供一种在超亲水铝合金表面实现水滴输运的方法，通过在铝合金表面进行飞秒激光微纳加工处理，通过控制飞秒激光加工参数，得到特定形貌和取向的微沟槽阵列结构。本发明仅利用飞秒激光微纳加工技术，调节激光的能量密度和激光扫描间距，能方便快捷的在铝合金表面加工出微沟槽阵列结构，且没有产生二次污染，使得原本亲水的铝合金表面变为超亲水，并实现了水滴沿沟槽方向的定向快速输运。

技术领域

本发明属于金属材料表面改性技术领域，涉及铝合金表面超亲水微沟槽结构的制备方法，并且利用微沟槽阵列的取向实现水滴的快速定向输运。

背景技术

材料表面的润湿特性调控研究广受关注，可以在诸多基础研究和工程领域得到应用，如材料表面的各项异性润湿特性、油水分离、防霜抗冻、生物材料、自清洁和微流体器件等领域。材料的表面粗糙度和化学成份决定了材料的表面润湿特性。因此，人们通过修饰材料的表面微纳结构和表面能实现材料的表面改性，使得材料表面呈现超疏水或超亲水特性。如申请号为201410209463.9的发明专利公开了通过电化学刻蚀、氟化处理、光刻处理等步骤，得到超疏水表面，可以满足不同大小水滴的定向滚动；又申请号为201510284815.1的发明专利公开了通过激光加工技术对2a12型铝合金样品表面进行处理后，将样品放在电热干燥箱内烘烤4小时，得到超疏水自清洁表面；而申请号为201510280015.2的发明专利公开了将铝合金换为锌合金，采用同样的方法也得到了超疏水自清洁锌合金表面。上述方法通过不同工艺得到超疏水材料表面，实现水滴的定向输运和自清洁功能。申请号为200810120739.0的发明专利公开了通过氟钛酸铵水溶液对铝或铝合金样品进行阳极氧化、液相沉积、热处理等技术，在铝或铝合金表面得到一层在可见光下呈超亲水的二氧化钛薄膜。由此可见，通过激光加工、刻蚀工艺、化学处理和热处理等技术手段可以修饰材料的表面粗糙度，改变表面层化学成份，实现超疏水或超亲水表面的制备。

尽管现有的技术可以有效制备超疏水或超亲水的金属表面或金属基底的超亲水二氧化钛涂层，但工艺流程相对繁琐，有些还需要借助精密掩膜和特殊化学成份材料，导致成本偏高，污染实验样品甚至污染环境，且不能实现超亲水状态下的水滴快速定向输运。

综上所述，探索一种无需经过任何化学工艺处理、无任何二次污染、能实现水滴的快速定向输运的超亲水铝合金表面的制备方法，有着重要的研究意义和应用价值。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种在超亲水铝合金表面实现水滴输运的方法，通过在铝合金表面进行飞秒激光微纳加工处理，得到特定形貌和取向的微沟槽阵列结构，实现在超亲水铝合金表面水滴的定向输运。该方法成本低、无污染，获得的表面稳定性好，能实现水滴的快速定向输运。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：一种在超亲水铝合金表面实现水滴输运的方法，通过在铝合金表面进行飞秒激光微纳加工处理，得到特定形貌和取向的微沟槽阵列结构，所述方法包括以下步骤：

(1)将铝合金在去离子水中超声清洗后用压缩氮气吹干；

(2)以聚焦的飞秒脉冲激光照射完成步骤(1)后的铝合金表面；

(3)用氮气吹去完成步骤(2)的铝合金表面附着的纳米颗粒，得到表面具体特定形貌和取向的微沟槽阵列结构；

(4)利用一定体积的水表征覆盖微沟槽阵列结构的铝合金表面的润湿特性和水滴的输运特性。

优选地，所述步骤(2)具体为：将完成步骤(1)的铝合金固定在电脑控制的位移平台上，以中心波长为800nm，脉冲宽度为90fs，重复频率为1kHz的飞秒脉冲激光，经过焦距为15cm的透镜聚焦后照射所述铝合金表面，其中，所述位移平台为在XYZ三个方向移动的三维微位移平台。

优选地，所述聚焦后的光斑尺寸为40μm。