[发明专利]一种可实现液滴定向铺展的非晶合金功能化表面制备方法

说明书

本发明涉及一种可实现液滴定向铺展的非晶合金功能化表面制备方法，该方法包括：(1)对非晶合金基板进行研磨与抛光处理，然后对处理后的非晶合金基板进行纳秒激光辐照，获得超亲水表面；(2)利用真空干燥箱对步骤(1)所得的非晶合金基板进行低温热处理，获得超疏水表面；(3)在控制软件中绘制图案，随后利用纳秒激光对步骤(2)处理后的非晶合金基板进行区域选择性辐照以实现所绘制图案的加工，被辐照区域由超疏水转变为超亲水，得到超亲水‑超疏水复合表面。采用本发明所得的超亲水‑超疏水复合表面可实现液滴的定向铺展，无需借助辅助设备，有益于实现微流控系统的微型化。该方法简单易行，安全环保，且制备的超亲水‑超疏水复合表面具备高度可自定义性。

技术领域

本发明涉及材料表面处理技术领域，特别涉及一种可实现液滴定向铺展的非晶合金功能化表面制备方法，在生物医疗、航天装备、消费性电子产品等领域具有潜在的应用前景。

背景技术

受自然启发的具有极端润湿性的功能表面在日常活动、工业和农业应用中发挥着举足轻重的作用。例如，超亲水表面对热传导和生物分子固定化有积极影响，而超疏水表面在抗结冰、抗生物污损、微流控等方面表现出广阔的应用前景。尽管超亲水/超疏水表面看似大有前途，但它们通常是由机械稳定性和强度较低的聚合物制成，其在恶劣的服役环境中可靠性较差。相比之下，具有良好机械性能的金属材料无疑更适合于实际的工程应用。作为微纳米制造的理想金属材料，金属玻璃不存在晶界和位错等微观结构缺陷，这使其具有卓越的机械耐久性和出色的耐腐蚀性。得益于这些优点，非晶合金被认为是构建生物和结构部件的理想材料之一。与此同时，在其表面实现液滴的定向铺展有望进一步提高其适用性，如制备具有良好生物相容性的骨科植入物和开发具有抗结冰特性的航空设备等。因此，如何实现液滴在非晶合金表面的定向铺展是表面处理技术领域人员丞需解决的问题。

构造图案化润湿差异表面是实现液滴定向铺展的一种常用手段。通过精准控制表面的局部可润湿性，可在不借助外力的情况下实现液滴的可控润湿。然而，复杂图案的制备往往需要依赖光刻和等离子体刻蚀等手段，这些制备手段存在制造成本高以及工艺流程复杂等缺点，无法在实际的工业领域大范围推广使用。近些年来，基于可控性强、效率高以及成本低廉等优势，激光加工被广泛用于在非晶合金表面制备微纳米图案以实现对其润湿性的精准调控。例如，在中国专利(202111256257X)中，程杨洋利用激光辐照的方法在锆基非晶合金表面构筑了周期排列的线性微凸起结构，改变了非晶合金的表面润湿性。然而，截止目前，通过基于激光辐照的方法在非晶合金表面构造图案化润湿差异表面尚未实现。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可实现液滴定向铺展的非晶合金功能化表面制备方法。采用本发明提供的方法，可在非晶合金基底上实现超亲水-超疏水复合表面的自定义制造，进而实现液滴的定向铺展，该方法具有工艺流程简单，成本低廉等优点。

本发明的上述目的通过以下技术方案实现：

一种可实现液滴定向铺展的非晶合金功能化表面制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)预处理：对块体非晶合金基板进行研磨抛光处理，随后将非晶合金基板依次在丙酮、无水乙醇和去离子水中进行超声波清洗，烘干后备用；

(2)微纳粗糙结构构筑：在大气环境下，利用近红外纳秒激光对步骤(1)所得的非晶合金基板进行微纳粗糙结构构建，获得超亲水非晶合金表面，所用的激光辐照参数为：激光波长为1064nm，脉冲宽度为37ns，重复频率为200kHz，激光功率为8.45W,激光脉冲数为1000次，相邻辐照点间距为90μm，激光能量分布为高斯分布；所述的微纳粗糙结构包括微米尺度的凹凸结构以及纳米尺度的重铸颗粒；

(3)低温热处理：将步骤(2)所得的具有微纳粗糙结构的非晶合金基板在真空干燥箱中进行2～5小时的低温热处理，干燥温度为100～200℃，获得超疏水非晶合金表面；