[发明专利]基于能量分析的稳定超疏水表面可控设计方法

摘要

本发明的目的是提供一种设计和制备具有稳定超疏水性的微结构表面的方法，它是从能量的角度提出微结构表面润湿模式转换的理论判据，并通过计算对微结构表面C/W转换的可能性进行理论预测，从而实现稳定超疏水表面的可控设计；对以设计为基础制备出的微结构表面进行超疏水性和超疏水稳定性的实验测试，不断改进，直到获得真正的稳定超疏水表面。本发明的优点是在表面微结构几何参数预设计的基础上，从理论上对微结构表面的稳定超疏水性进行预测，其具有可控性；考虑微结构表面上的液滴受不同因素的影响，分别以自发转换和被动转换两种情况建立了C/W转换的相应能量角度理论判据，具有一定针对性。

主权项

1.基于能量分析的稳定超疏水表面可控设计方法，其特征是首先，建立具有方柱阵列或者圆柱阵列微结构的表面模型，针对具体的表面微结构形貌，推导出液滴在该微结构表面的表观接触角的理论预测公式；同时，对微结构表面C/W转换的过程进行能量分析，建立C/W转换的能量角度理论判据，推导出有关能量参量的计算公式；接着，对已建立的表面微结构进行几何参数预设计，利用以上推导出的公式计算液滴在微结构表面的表观接触角以及C/W转换的过程中的各能量参量；然后，比较相关能量参量的大小关系，以此为依据，利用建立的C/W转换的能量判据对微结构表面C/W转换的可能性进行理论预测，根据预测结果初步判断能否获得稳定超疏水表面，若可能发生C/W转换，则重新进行几何参数预设计并进行相应的后续操作；最后，按以上预设计的微结构几何参数进行微结构表面的实验制备，并测试其超疏水性及超疏水稳定性，根据测试结果最终判断是否获得了真正的稳定超疏水表面，若表面不具备稳定超疏水性，则重新建立微结构表面模型并进行相应的后续操作；其中所述的微结构表面表观接触角理论预测公式是根据所设计的具体微结构形貌，将其用微结构的几何参数，即对于方柱阵列微结构表面，几何参数为方柱顶面边长、方柱间距和方柱高度；对于圆柱阵列微结构表面，几何参数为圆柱半径、圆柱间距和圆柱高度来表示，并分别代入Wenzel模式和Cassie模式中推导出相应微结构表面表观接触角的理论预测公式。