一种聚四氟乙烯表面水粘附力的精确连续调控方法技术

本发明专利技术属于激光表面处理及微加工领域，更具体地，涉及一种聚四氟乙烯表面水粘附力的精确连续调控方法。其采用皮秒激光对聚四氟乙烯进行表面处理，通过控制合适的激光处理参数，利用皮秒激光独特的能量特征以及聚四氟乙烯特定的材质，皮秒激光在聚四氟乙烯表面产生一定范围的热影响区域，借助于皮秒激光与聚四氟乙烯表面的相互作用，实现了聚四氟乙烯表面水粘附力精确连续可控，由此解决目前水粘附力可控超疏水表面的制备方法当中存在的制备程序繁琐、加工速度慢、效率低、环境污染大、成本高，难以实现连续精确控制等的技术问题。

【技术实现步骤摘要】
一种聚四氟乙烯表面水粘附力的精确连续调控方法
本专利技术属于激光表面处理及微加工领域，更具体地，涉及一种聚四氟乙烯表面水粘附力的精确连续调控方法。
技术介绍
超疏水表面是指水静态接触角大于150°的表面，按照其表面水粘附力大小的不同，超疏水表面当中存在两种典型的结构：一种是类似于荷叶表面的结构，该结构具有超低的水粘附力，水滴很难停留在其表面，对外显示出良好的自清洁能力；另外一种就是类似于玫瑰花瓣表面的结构，该结构具有超高的水粘附力，不管该表面怎么样的倾斜，水滴都可以牢牢的粘附在其表面上。水粘附力可控是指通过调控超疏水表面的制备工艺和方法，从而使得所制备的表面与水滴之间的粘附力大小呈现出不同。水粘附力大小不同的表面因其在表面自清洁、油水分离、液滴无损转移、抗结冰、抗露水、微流体等领域具有较大的潜在应用价值，从而引起了人们的广泛关注。通常，固体与液体之间的粘附力大小主要是由固体表面形貌特征和表面化学构成来共同决定的。通过对其进行有效的调节，能实现对超疏水表面粘附力大小的有效调控。降低材料表面的表面能或增大材料表面的粗糙度，有利于构建粘附力较小的超疏水表面。近期，出现了众多不同的方法来构建水粘附力可控的超疏水表面的报道。DapengWang等人在杂志(ColloidsandSurfacesA，2018,538:262-269)上报道利用胶体光刻技术与反应离子刻蚀技术相结合，在聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)表面上制备了类似于壁虎脚的分级微/纳米结构表面，通过改变加工工艺参数，能获得水粘附力大小不同的超疏水表面。该方法虽然能实现水粘附力的可控，但是，该方法制备工艺复杂，耗时长，且存在一定化学试剂的污染问题，同时还很难实现对水粘附力的精确和连续控制。JianLi等人在杂志(TheJournalofPhysicalChemistryC，2011,115(11):4726-4729)上报道了采用将铜板浸泡在不同的腐蚀液当中，在化学反应作用下，在铜板表面形成了不同结构的微米花状结构，不同的浸泡参数所形成的形貌尺寸大小不同，然后再经过氟烷基硅烷在其表面的涂覆，其表面呈现出大小不同的水粘附力。该方法虽然能实现表面水粘附力大小的可控，但是，制备过程当中涉及到不同腐蚀液的使用，环境污染大，而且制备工艺的重现性不好，较难实现水粘附力精确控制。XiaolongYang等人在杂志(Scientificreports，2016,6:23985)上报道了利用电化学加工技术在铝合金板表面上制备了水粘附力大小不同的表面，但是，该制备方法当中，需要利用砂纸首先将铝合金粗化成水粘附力较小的超疏水结构，然后再进行电化学加工处理，最后还需要在其表面涂覆一层硬脂酸来降低其表面能，该方法存在工艺复杂、耗时长等缺陷。综上所述，通过这些方法虽然能实现对超疏水表面水粘附力大小的控制，但是面临着难以对水粘附力大小进行精确连续控制的不足，因此，寻找一种简单且能连续精密控制水粘附力大小的方法是十分的有必要的。相对于其它的加工方法来说，激光加工技术具有区域选择性好、可加工材料广泛、非接触、污染小等众多优点，尤其是可以通过电脑软件进行精密的控制，使其在超疏水表面的制备上显示出较大的优势，也吸引了众多研究者的关注。JialeYong等人在杂志(TheJournalofPhysicalChemistryC，2013,117(47):24907-24912)上发表了利用波长为800nm的飞秒激光，通过在聚二甲基硅氧烷(PDMS)表面构建大小不同的正方形小格，从而实现对水粘附力大小的精确控制。但该方法加工速度慢，而且正方形小格的设计使得具体操作更加的麻烦。YaoFang等人在(AppliedPhysicsA，2016,122(9):827)上报道了使用波长为800nm的飞秒激光在聚四氟乙烯(PTFE)表面，通过同时改变扫描速度和扫描间距，制备了水粘附力大小不同的超疏水表面。但该方法很难实现对水粘附力大小的精确连续调控，同时还存在加工速度慢、加工参数调节复杂等不足。聚四氟乙烯作为一种惰性高分子材料，因其具有良好的耐酸碱腐蚀，耐氧化性能、耐高低温、良好的电绝缘性能等优点，使其被广泛应用于机械、电子、生物医学、航天航空、化工、石油和海洋等众多领域。制备水粘附力精确连续可控的聚四氟乙烯表面能够根据工程设计的需要，精确的制备出水粘附力大小要求不同的表面，从而能实现对超疏水材料表面水滴的运动行为进行有效的控制，并进而提高其在液滴无损转移，油水分离，微流体系统，生物检测，抗冰，防腐和自清洁等众多领域的应用范围。在用于自清洁领域，需要获得一种具有特定水粘附力值的聚四氟乙烯表面；或者当用于液滴无损转移时，则需要一系列具有精确水粘附力大小的若干个聚四氟乙烯表面，因此，如何实现聚四氟乙烯表面水粘附力精确且连续可控意义重大。
技术实现思路
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供了一种聚四氟乙烯表面水粘附力的精确连续调控方法，其采用皮秒激光对聚四氟乙烯进行表面处理，通过控制合适的激光处理参数，利用皮秒激光独特的能量特征以及聚四氟乙烯特定的材质，皮秒激光在聚四氟乙烯表面产生一定范围的热影响区域，借助于皮秒激光与聚四氟乙烯表面的相互作用，实现了聚四氟乙烯表面水粘附力精确连续可控，相应地不仅可以获得一种具有特定水粘附力值的聚四氟乙烯表面；而且也能够获得一系列具有精确连续水粘附力大小的若干个聚四氟乙烯表面，以满足不同的应用需求，由此解决目前水粘附力可控超疏水表面的制备方法当中存在的制备程序繁琐、加工速度慢、效率低、环境污染大、成本高，重点是难以实现连续精确控制等的技术问题。为实现上述目的，按照本专利技术的一个方面，提供了一种聚四氟乙烯表面水粘附力的精确连续调控方法，采用脉冲皮秒激光对聚四氟乙烯表面进行激光加工处理，所述加工处理在脉冲皮秒激光的焦平面上进行；其中，激光加工时，保持激光功率、激光扫描速度和激光脉冲频率不变，仅通过改变激光扫描间距的大小来实现若干个聚四氟乙烯表面之间水粘附力的精确连续调控；脉冲皮秒激光在聚四氟乙烯表面进行扫描刻蚀，扫描刻蚀区域附近由于热影响而形成波纹式的突起结构，该突起结构相对于激光未扫描刻蚀作用的平坦区域，具有更小的水粘附力；改变激光扫描间距用于调整所述聚四氟乙烯表面激光刻蚀区域的面积与激光未刻蚀区域的面积比例，而该比例的大小决定了聚四氟乙烯表面形成的水粘附大小；通过在若干个聚四氟乙烯表面精确连续改变激光扫描间距，制备得到具有精确连续水粘附力大小的若干个不同的聚四氟乙烯表面。优选地，所述的激光扫描方式包括横向扫描和纵向扫描，所述激光扫描刻蚀将聚四氟乙烯表面分成若干个子区域，激光扫描间距越小，同样面积的聚四氟乙烯表面被划分得到的子区域的个数就越多，子区域面积也就越小；所述子区域四周临近刻蚀区域的位置由于热影响产生了波纹式突起结构；该波纹式突起结构距离刻蚀区域越近，其突起高度越高；所述子区域中心因距离激光扫描刻蚀位置较远，该区域不存在因热影响而形成的波纹式突起；所述子区域四周最边缘区域距离扫描刻蚀位置最近，具有最高的波纹式突起结构，其最高处突起高度达微米量级；介于所述子区域中心与所述子区域四周最边缘区域之间的波纹式突起高度为纳米量级。优选地，所述扫描刻蚀区域附近由于热影响而形成波本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种聚四氟乙烯表面水粘附力的精确连续调控方法，其特征在于，采用脉冲皮秒激光对聚四氟乙烯表面进行激光加工处理，所述加工处理在脉冲皮秒激光的焦平面上进行；其中，激光加工时，保持激光功率、激光扫描速度和激光脉冲频率不变，仅通过改变激光扫描间距的大小来实现若干个聚四氟乙烯表面之间水粘附力的精确连续调控；脉冲皮秒激光在聚四氟乙烯表面进行扫描刻蚀，扫描刻蚀区域附近由于热影响而形成波纹式的突起结构，该突起结构相对于激光未扫描刻蚀作用的平坦区域，具有更小的水粘附力；改变激光扫描间距用于调整所述聚四氟乙烯表面激光刻蚀区域的面积与激光未刻蚀区域的面积比例，而该比例的大小决定了聚四氟乙烯表面形成的水粘附大小；通过在若干个聚四氟乙烯表面精确连续改变激光扫描间距，制备得到具有精确连续水粘附力大小的若干个不同的聚四氟乙烯表面。

【技术特征摘要】
1.一种聚四氟乙烯表面水粘附力的精确连续调控方法，其特征在于，采用脉冲皮秒激光对聚四氟乙烯表面进行激光加工处理，所述加工处理在脉冲皮秒激光的焦平面上进行；其中，激光加工时，保持激光功率、激光扫描速度和激光脉冲频率不变，仅通过改变激光扫描间距的大小来实现若干个聚四氟乙烯表面之间水粘附力的精确连续调控；脉冲皮秒激光在聚四氟乙烯表面进行扫描刻蚀，扫描刻蚀区域附近由于热影响而形成波纹式的突起结构，该突起结构相对于激光未扫描刻蚀作用的平坦区域，具有更小的水粘附力；改变激光扫描间距用于调整所述聚四氟乙烯表面激光刻蚀区域的面积与激光未刻蚀区域的面积比例，而该比例的大小决定了聚四氟乙烯表面形成的水粘附大小；通过在若干个聚四氟乙烯表面精确连续改变激光扫描间距，制备得到具有精确连续水粘附力大小的若干个不同的聚四氟乙烯表面。2.如权利要求1所述的调控方法，其特征在于，所述的激光扫描方式包括横向扫描和纵向扫描，所述激光扫描刻蚀将聚四氟乙烯表面分成若干个子区域，激光扫描间距越小，同样面积的聚四氟乙烯表面被划分得到的子区域的个数就越多，子区域面积也就越小；所述子区域四周临近刻蚀区域的位置由于热影响产生了波纹式突起结构；该波纹式突起结构距离刻蚀区域越近，其突起高度越高；...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘建国，秦中立，艾骏，曾晓雁，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42