一种基于弯月面受限局部电镀的超疏水表面的制备方法技术

一种基于弯月面受限局部电镀的超疏水表面的制备方法，步骤如下：1)在基底表面采用刻蚀法、生长法、电镀法、光刻法、沉积法或剥离法局部制备微纳结构，所制备的微纳结构为柱、锥、槽或孔阵列，制得尺寸为微米级或纳米级的微纳结构基底；2)在微纳结构表面采用旋涂法、喷涂法、浸润法、蒸发法或溅射法制备疏水涂层；3)在微纳结构的顶部进行局部电镀电镀液在微纳结构顶部形成弯月面，弯月面底部与微纳结构侧壁和基底表面构成气穴。本发明专利技术的优点是：与超疏水表面相比，本方法制备的超疏水表面微纳结构顶端亲水侧壁疏水，气体层更加稳定，在自清洁和水下减阻等领域都有着重要的实用价值和良好的应用前景。

【技术实现步骤摘要】
一种基于弯月面受限局部电镀的超疏水表面的制备方法
本专利技术涉及超疏水表面的制备方法，特别是一种基于弯月面受限局部电镀的超疏水表面的制备方法。主要是通过弯月面效应和电镀工艺来实现超疏水表面微纳结构顶端亲水而侧壁疏水这一新颖特性。利用该方法形成的超疏水表面较其它超疏水表面气体层更加持久，适合于长期水下使用。
技术介绍
通常将与水接触角小于90°的固体表面称为亲水表面，大于90°的固体表面为疏水表面；特别地，与水接触角大于150°的表面称为超疏水表面。超疏水表面一般具有低表面能，或者具有一些参差不齐的微纳结构。这种的超疏水表面在我的日常生活中随处可见，比如荷叶效应，参见ChengYT,RodakDE,WongCA,etal.Effectsofmicro-02andnano-structuresontheself-cleaningbehaviouroflotusleaves[J].Nanotechnology,2006,17(5):1359-1362、玫瑰花瓣效应，参见YehKY,ChoKH,YehYH,PromraksaA,HuangCH,HsuCCandChenLJ,Observationoftherosepetaleffectoversingle-anddual-scaleroughnesssurfaces[J].Nanotechnology,2014(25),345303和人厌槐叶萍效应，参见BarthlottW,SchimmelT,WierschS,etal.Thesalviniaparadox:superhydrophobicsurfaceswithhydrophilicpinsforairretentionunderwater.[J].AdvancedMaterials,2010,22(21):2325–2328。荷叶表面与水有较大的接触角，但是容易滑落。玫瑰花瓣不但与水有较大的接触角，还有很大的接触滞后角，正因为有较大的前进角和后退角差，玫瑰花瓣才得以将水珠钉在表面上，以至于不易滑落。人厌槐叶萍具有微纳双层尺寸结构。在它的结构底端，是疏水性的微米结构，在结构顶端是亲水性的纳米结构，这种特殊的结构能够将水珠牢牢的给抓取住，是一种更加稳定的状态。通常超疏水表面常用的制备方法有溶胶凝胶法，参见SousaC,RodriguesD,OliveiraR,etal.Superhydrophobicpoly(L-lacticacid)surfaceaspotentialbacterialcolonizationsubstrate[J].AmbExpress,2011,1、旋涂法，参见ErbilHY,DemirelAL,AvciY,etal.Transformationofasimpleplasticintoasuperhydrophobicsurface.[J].Science,2003,299(5611):1377-1380、气相沉积法、激光/离子束/化学刻蚀，参见DuK,WathuthanthriI,LiuYY,KangYTandChoiCH,FabricationofpolymernanowiresviamasklessO2plasmaetching[J].Nanotechnology2014(25),165301、光刻法、化学腐蚀法、光电化学刻蚀，参见SunG,ZhaoX,KimCJ.FabricationofVery-High-Aspect-RatioMicrostructuresinComplexPatternsbyPhotoelectrochemicalEtching[J].JournalofMicroelectromechanicalSystems,2012,21(6):1504-1512、沉积法、电镀法，参见SunG,HurJ,ZhaoX,etal.Highyielddensearrayofvery-high-aspect-ratiomicrometalpostsbyphoto-electrochemicaletchingofsiliconandelectroplatingwithvacuumdegassing[C]//ProceedingsoftheIEEEInternationalConferenceonMicroElectroMechanicalSystems(MEMS).2010:340-343以及电纺丝法，参见OchandaFO,SamahaMA,TafreshiHV,etal.Salinityeffectsonthedegreeofhydrophobicityandlongevityforsuperhydrophobicfibrouscoatings[J].JournalofAppliedPolymerScience,2012,124(6):5021–5026等。在现有的仿生制备结果中，大部分都是实现荷叶超疏水表面结构，很少有工程能够实现玫瑰花瓣效应，像人厌槐叶萍表面的这种复杂结构，几乎用工程技术是很难实现的。目前，超疏水表面接触角和接触滞后角存在一个相对立的问题，参见Chang,Feng-Ming,Hong,Siang-Jie,Sheng,Yu-Jane,etal.Highcontactanglehysteresisofsuperhydrophobicsurfaces:Hydrophobicdefects[J].AppliedPhysicsLetters,2009,95(6):064102-064102-3。如果一个物体表面具有一个较大的静态接触角，那么它的前进角和后退角之差接近于零，也就是接触滞后角非常小。相比之下，如果一个物体表面的静态接触角比较小，那么它的前进角与后退角大小会有一定的差距，这意味着接触角滞后角比较大。拿荷叶表面和玫瑰花瓣表面来举例，在荷叶表面上，静态接触角比较大，但是滞后角比较小，因而荷叶上的水珠容易滑落；玫瑰花瓣表面的静态接触角比荷叶表面的静态接触角小一些，但是玫瑰花瓣滞后角大，因而水珠仿佛被表面钉住一样，不易滑落。所以，如何同时得到一个较大的静态接触角和接触滞后角，是我们目前所面临的一个挑战。超疏水表面受到了大家普遍的关注，是因为它可以应用到各行各业，比如：自清洁的玻璃和衣服、水下防锈防腐保护、水下减阻，参见ParkH,SunG,andKimCJ.Superhydrophobicturbulentdragreductionasafunctionofsurfacegratingparameters[J].JournalofFluidMechanics05/2014；747:722-734、传热等。接触角有Wenzel和Cassie两个状态，Wenzel状态下，固体液体充分接触，接触面积达到最大值，所受到的摩擦力也是最大的。而Cassie状态下，弯月面将固体与液体隔开，减小了固液接触面积，相应地所受到的摩擦力变小。这种特性充分应用于水下减阻。在这个减阻应用中，弯月面的稳定性起着决定性作用，参见：1)XuM,SunG,KimCJ.Infinitelifetimeofunderwatersuperhydrophobicstates.[J].Ph本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于弯月面受限局部电镀的超疏水表面的制备方法，其特征在于步骤如下：1)在基底表面采用刻蚀法、生长法、电镀法、光刻法、沉积法或剥离法局部制备微纳结构，所述基底材料为硅、镍、铜或锌，所制备的微纳结构为柱、锥、槽或孔阵列，制得尺寸为微米级或纳米级的微纳结构基底；2)在上述微纳结构2表面采用旋涂法、喷涂法、浸润法、蒸发法或溅射法制备疏水涂层，疏水涂层材料为本征静态接触角大于90度的任意疏水材料，得到带有疏水涂层的微纳结构；3)在上述带有疏水涂层的微纳结构的顶部进行局部电镀，所用电镀材料为铜、镍、锌、金或银；电镀液在微纳结构顶部形成弯月面，弯月面底部与微纳结构侧壁和基底表面构成气穴，电镀开始时使用的电流密度大于电镀过程中使用的电流密度，用以击穿表面涂敷的疏水涂层，电镀过程中使用恒定电流密度用以保证电镀层的均匀性。

【技术特征摘要】
1.一种基于弯月面受限局部电镀的超疏水表面的制备方法，其特征在于步骤如下：1)在基底表面采用刻蚀法、生长法、电镀法、光刻法、沉积法或剥离法局部制备微纳结构，所述基底的材料为硅、镍、铜或锌，所制备的微纳结构为柱、锥、槽或孔阵列，制得尺寸为微米级或纳米级的微纳结构基底；2)在上述微纳结构(2)表面采用旋涂法、喷涂法、浸润法、蒸发法或溅射法制备疏水涂层，疏水涂层材料...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙广毅，蒋秀芬，张春来，赵新，
申请(专利权)人：南开大学，
类型：发明
国别省市：天津;12