一种基于酒精辅助飞秒激光在基板表面制备LISS的方法技术

本发明专利技术提供一种基于酒精辅助飞秒激光在基板表面制备LISS的方法，解决现有方法仅能在聚合物表面制备LISS，而聚合物容易损坏的问题。该方法包括：步骤一、飞秒激光加工：1.1)将基板放置酒精溶液中；1.2)将容器固定在三维平移台上；1.3)使飞秒激光在基板表面进行加工；步骤二、表面修饰，降低表面能；2.1)将基板进行清洗；2.2)将基板干燥处理；2.3)若基板为低表面能材料板，执行下一步；若基板不是低表面能材料板，则基板置于低表面能有机物酒精溶液中浸泡，将基板进行干燥处理后，执行下一步；步骤三、将润滑油滴于基板表面上，静置一段时间后，将基板垂直放置，待多余硅油流下后，在基板表面完成LISS的制备。

An alcohol assisted femtosecond laser based method for LISS preparation on substrate surface

【技术实现步骤摘要】
一种基于酒精辅助飞秒激光在基板表面制备LISS的方法
本专利技术涉及制备LISS的方法，具体涉及一种基于酒精辅助飞秒激光在基板表面制备LISS的方法。
技术介绍
极端润湿性材料由于在自清洁涂层、油水分离器件、防冰表面、微流控芯片等方面具有广泛应用而备受关注。在过去二十年中，超疏水表面是表面浸润性领域较为火热的研究话题。研究证明超疏水表面的超疏水性的关键点在于在液滴和固体表面粗糙结构之间产生空气层。水滴在超疏水表面是Cassie接触态，水滴只能接触表面粗糙结构的尖端部分，但是超疏水表面和水滴之间形成的空气层在受到高压、碰撞或者高湿度时十分不稳定，而从而导致超疏水性的失效，而且超疏水表面只能够排斥水，对低表面能的液体通常是无超疏特性的。猪笼草表面由于具有超滑特性，使得昆虫无法在猪笼草开口处停留而滑入猪笼内部被捕食消化。猪笼草表面的超滑特性来源于其表面的液体润滑液层。这种超滑表面被称为液体灌注超滑表面(liquidinfusedslipperysurface,LISS)。相比超疏水表面形成的空气层，LISS表面的液体灌注层更加稳定。而且LISS相比超疏水表面具有更多优良的特性，例如：可抗各种各样的液体，对压力具有很好的稳定性，超滑特性具有自修复性，而且针对于某些特定的应用，超滑表面更具优势。例如，航海或水产养殖中的抗生物粘附或遭受水深的压力和浪撞击时，超疏水表面很容易失去超疏水性而失效，而LISS被证明更加有效，即使对于粘性超高的贻贝，LISS均对其表现出超低的粘滞性，从而抗贻贝的粘附。受猪笼草超滑表面启发，Wong等人首先提出了制备LISS的三个规则：第一、需要在基板材料表面构建多孔结构，以稳定的锁住液体润滑层；第二、基板材料要更容易被润滑液润湿而不是需要排斥的液体；第三、排斥的液体应该和润滑液互不相溶。其中，多孔粗糙结构的制备是至关重要的一步，也是LISS表面的制备难点所在。近年来，为了应对各种应用场景，大量不同功能性的超滑表面通过各种方法制备出来。Aizenberg等人将全氟化液体注入特氟龙纳米纤维膜和环氧树脂基多孔纳米结构表面，获得了世界上第一个人造LISS。Manna等人通过多层反应和共价自组装的方法制备了多孔聚合物结构，灌注润滑液后能够实现超滑特性。Amini等人通过逐层沉积的方法制备了注入液体的光滑聚二甲基硅氧烷表面，并能够有效防止贻贝的粘附。由上述方法可以发现，由于在聚合物表面制备多孔结构相对容易实现，因此绝大部分LISS仅能在聚合物表面实现，但是聚合物材料在某些条件下很容易损坏，导致LISS失去原本的超滑特性。
技术实现思路
本专利技术的目的是解决现有方法仅能在聚合物表面制备LISS，而聚合物容易损坏的问题，提供一种基于酒精辅助飞秒激光在基板表面制备LISS的方法，该方法是一种通用方法，可在不同材料的基板上制备LISS。为实现上述目的，本专利技术通过以下技术方案来实现：一种基于酒精辅助飞秒激光在基板表面制备LISS的方法，包括以下步骤：步骤一、基于酒精辅助的飞秒激光加工：1.1)将基板放置在容器内的酒精溶液中；1.2)将容器固定在三维平移台上；1.3)调节激光参数，将飞秒激光聚焦于基板表面，控制三维平移台移动，使飞秒激光在基板表面进行加工；步骤二、表面修饰，降低表面能；2.1)将激光扫描后的基板进行清洗；2.2)将清洗后的基板进行干燥处理；2.3)若基板为低表面能材料板，执行步骤三；若基板不是低表面能材料板，则将干燥后的基板置于体积分数为0.01％-5％的低表面能有机物酒精溶液中浸泡，将浸泡后的基板进行干燥处理后，执行步骤三；步骤三、将润滑油滴于基板表面上，静置一段时间后，将基板垂直放置，待多余硅油流下后，在基板表面完成LISS的制备。进一步地，步骤1.1)中，基板为不锈钢板、金属镍板、钛镍合金板、PDMS板、形状记忆聚合物板或玻璃板。进一步地，步骤1.3)中，飞秒激光的中心脉宽为50-400fs、波长为515-1030nm、单脉冲能量为10-200μJ、重复频率1-100kHz。进一步地，步骤1.3)中，通过光学聚焦镜头将飞秒激光聚焦于基板表面，所述光学聚焦镜头为显微镜物镜，所述显微镜物镜的放大倍数在5-50之间，数值孔径NA值0.15-0.80之间。进一步地，步骤2.1)中，将激光扫描后的基板依次使用丙酮、酒精、去离子水在超声仪中清洗，或者使用酒精、去离子水在超声仪中清洗，或者直接使用去离子水在超声仪中清洗。进一步地，步骤三中，润滑油具体为硅油、全氟萘烷、全氟聚醚或全氟三戊胺。进一步地，步骤2.2)中，所述低表面能有机物酒精溶液为氟硅烷酒精溶液或硬脂酸酒精溶液。进一步地，步骤2.2)中，将清洗后的基板进行的干燥处理为自然风干，步骤2.3)中，将浸泡后的基板进行干燥处理为在高温干燥箱进行干燥。进一步地，步骤2.3)中，将基板置于体积分数2％的氟硅烷酒精溶液中浸泡12h，取出后置于高温干燥箱中4小时。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：1.本专利技术提供一种基于酒精辅助飞秒激光在基板表面制备LISS的方法，该方法通过酒精辅助的飞秒激光扫描能够在基板表面形成多孔粗糙结构，配合氟硅烷低表面能处理和硅油等润滑液灌注，在基板表面实现LISS，制备的LISS对包括水、牛奶、血液、蛋清、墨汁等不同液体表现出超滑特性。2.本专利技术提供的酒精辅助飞秒激光制备多孔结构的方法不仅适用于不锈钢、镍、钛镍合金等金属，还可适用于PDMS、形状记忆聚合物等聚合物及玻璃等材料，是一种通用的制备LISS的方法。3.本专利技术的基于酒精辅助飞秒激光在基板表面制备LISS的方法可在金属材料进行LISS的制备，金属材料具有很多优良特性，例如强的机械性能、抗高温、抗高压等，可避免现有LISS仅能在聚合物表面实现，聚合物材料在某些条件下很容易损坏，使得产品无法使用，因此，在金属上实现LISS具有重要意义。附图说明图1为本专利技术酒精辅助的飞秒激光加工设备示意图；图2为本专利技术方法中在不锈钢表面实现LISS的过程示意图；图3为本专利技术方法使用酒精辅助的飞秒激光加工不同材料表面制备多孔结构电镜图。具体实施方式以下结合附图和具体实施例对本专利技术的内容作进一步详细描述。本专利技术提供了一种基于酒精辅助飞秒激光在基板表面制备LISS的方法。该方法不仅适用于不锈钢、镍、钛镍合金等金属，还是适用于PDMS、形状记忆聚合物等聚合物及玻璃等材料，是一种通用的制备LISS的方法。本专利技术提供的一种基于酒精辅助飞秒激光在基板表面制备LISS的方法，包括以下步骤：步骤一、酒精辅助的飞秒激光加工：1.1)将基板放置在容器内的酒精溶液中；基板具体可为不锈钢板、金属镍板、钛镍合金板、PDMS板、形状记忆聚合物板或玻璃板；1.2)将容器固定在三维平移台上；1.3)调节激光参数，通过显微物镜将飞秒激光聚本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于酒精辅助飞秒激光在基板表面制备LISS的方法，其特征在于，包括以下步骤：/n步骤一、基于酒精辅助的飞秒激光加工：/n1.1)将基板放置在容器内的酒精溶液中；/n1.2)将容器固定在三维平移台上；/n1.3)调节激光参数，将飞秒激光聚焦于基板表面，控制三维平移台移动，使飞秒激光在基板表面进行加工；/n步骤二、表面修饰，降低表面能；/n2.1)将激光扫描后的基板进行清洗；/n2.2)将清洗后的基板进行干燥处理；/n2.3)若基板为低表面能材料板，执行步骤三；若基板不是低表面能材料板，则将干燥后的基板置于体积分数为0.01％-5％的低表面能有机物酒精溶液中浸泡，将浸泡后的基板进行干燥处理后，执行步骤三；/n步骤三、将润滑油滴于基板表面上，静置一段时间后，将基板垂直放置，待多余硅油流下后，在基板表面完成LISS的制备。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于酒精辅助飞秒激光在基板表面制备LISS的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、基于酒精辅助的飞秒激光加工：
1.1)将基板放置在容器内的酒精溶液中；
1.2)将容器固定在三维平移台上；
1.3)调节激光参数，将飞秒激光聚焦于基板表面，控制三维平移台移动，使飞秒激光在基板表面进行加工；
步骤二、表面修饰，降低表面能；
2.1)将激光扫描后的基板进行清洗；
2.2)将清洗后的基板进行干燥处理；
2.3)若基板为低表面能材料板，执行步骤三；若基板不是低表面能材料板，则将干燥后的基板置于体积分数为0.01％-5％的低表面能有机物酒精溶液中浸泡，将浸泡后的基板进行干燥处理后，执行步骤三；
步骤三、将润滑油滴于基板表面上，静置一段时间后，将基板垂直放置，待多余硅油流下后，在基板表面完成LISS的制备。


2.根据权利要求1所述的基于酒精辅助飞秒激光在基板表面制备LISS的方法，其特征在于：步骤1.1)中，基板为不锈钢板、金属镍板、钛镍合金板、PDMS板、形状记忆聚合物板或玻璃板。


3.根据权利要求2所述的基于酒精辅助飞秒激光在基板表面制备LISS的方法，其特征在于：步骤1.3)中，飞秒激光的中心脉宽为50-400fs、波长为515-1030nm、单脉冲能量为10-200μJ、重复频率1-100kHz。


4.根据权利要求1至3任一所述的基于酒...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈烽，方瑶，杨青，雍佳乐，成扬，梁婕，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61