一种低成本超声辅助水下超亲油向超疏油特性的转变方法技术

一种低成本超声辅助水下超亲油向超疏油特性的转变方法，属于功能表面制备技术领域，本发明专利技术先通过空气中制备超疏水表面，再将处理后微结构表面浸入水中进行超亲/超疏油转变；利用超声振动发生器接触到制备好的表面，原表面上的微小气泡会逐渐破裂或者脱离微结构表面；此时的微结构表面会变为水下超疏油表面；这种方法对材料基底种类不苛刻，不需要特殊的响应材料、记忆材料，且不改变表面的微结构和化学成分，只是通过超声振动金属表面实现超亲/超疏油的转变，在非常低成本条件下实现了功能表面的改性效果。

【技术实现步骤摘要】
一种低成本超声辅助水下超亲油向超疏油特性的转变方法
本专利技术属于功能表面制备
，特别是涉及到一种低成本超声辅助水下疏油表面制备方法。
技术介绍
超疏水表面是近年来表面润湿性研究领域的一个热点，荷叶的上表面存在特殊的微观几何结构，其表面与水滴的接触角可以达到150°以上，水滴很容易滚落，这种超疏水现象常称为荷叶效应，但是将这类表面放入水中，会呈现水下超亲油性能。此外，荷叶的下表面具有水中超疏油性能(水环境中油滴的接触角大于150°)，这类表面在自清洁、防油污、油水分离、水环境油滴操纵等领域具有重要应用前景。因此，开展功能表面水下疏油/超疏油方向的研究显得尤为重要。但是，不论是超疏水表面还是水下超疏油表面，它们仍然都是一种单一润湿性表面，实现表面润湿性的调控一直是表面润湿性领域的研究人员感兴趣的内容。近年来，研究人员通过调控固体的化学成分和表面微观形貌，可以实现对材料表面润湿性的调控。其中，化学调控法分为pH、温度、光照和电势等多种类型，微结构调控法分为磁控、机械拉伸、气动调控等方式。然而，对于pH、温度、光照、电势和磁控等方法，所使用材料必须是对这些刺激方式响应的材料；对于机械拉伸、气动调控等方法，所使用基底材料同样受限，必须是形状记忆树脂或合金材料。因此，现有技术中亟需一种新的技术方案来解决上述技术问题。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是：提供一种低成本超声辅助水下超亲油向超疏油特性的转变方法，解决功能表面亲疏液转换性能操作繁琐、费用较高、破坏衬底、需要特殊的响应材料或者记忆材料等问题。一种低成本超声辅助水下超亲油向超疏油特性的转变方法，其特征是：包括以下步骤，且以下步骤顺次进行，步骤一、宏观结构及超疏水表面制备利用电火花线切割机床或者激光加工系统，在充氮气条件下，对金属样件表面进行加工，获得宏观结构表面；对宏观结构表面进行超疏水修饰，获得超疏水表面样件；步骤二、超疏水表面验证采用去离子水在所述步骤一制备的超疏水表面进行接触角测试，疏水角大于150°可进行超亲油表面验证；步骤三、水下超亲油表面验证将所述步骤一制备的超疏水表面样件浸入去离子水中，样件表面均匀覆盖一层气泡，在覆盖气泡的样件表面进行油滴测试实验，油滴附着于样件表面，证明样件表面水下超亲油；步骤四、水下疏油特性转变采用异丙醇清洗样件表面并去除油渍，采用氮气吹干后浸入去离子水中，在浸液的条件下，将样件转移至超声振动平台，固定安装后打开超声振动开关，超声振动平台振动使样件表面气泡破裂；浸液条件下，进行油滴测试试验，油滴不附着于无气泡的样件表面；至此，水下超亲油向超疏油特性转变结束。所述步骤一中进行宏观结构加工的金属样件为铜或铝。所述步骤一中宏观结构表面进行超疏水修饰的方法为采用低表面能物质对宏观结构表面进行修饰；或将加工后的宏观结构表面样件在空中静置30天。所述步骤二去离子水采用微升级单通道移液器，将一滴去离子水滴至超疏水表面进行接触角测试。通过上述设计方案，本专利技术可以带来如下有益效果：一种低成本超声辅助水下超亲油向超疏油特性的转变方法，先通过空气中制备超疏水表面，再将处理后微结构表面浸入水中进行超亲/超疏油转变；利用超声振动发生器接触到制备好的表面，原表面上的微小气泡会逐渐破裂或者脱离微结构表面；此时的微结构表面会变为水下超疏油表面；这种方法对材料基底种类不苛刻(不需要特殊的响应材料、记忆材料)，且不改变表面的微结构和化学成分，只是通过超声振动金属表面实现超亲/超疏油的转变，在非常低成本条件下实现了功能表面的改性效果。附图说明以下结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步的说明：图1为本专利技术一种低成本超声辅助水下超亲油向超疏油特性的转变方法流程示意图。图2为本专利技术一种低成本超声辅助水下超亲油向超疏油特性的转变方法水下疏油表面附着气泡示意图。图3为本专利技术一种低成本超声辅助水下超亲油向超疏油特性的转变方法超声振动过程示意图。具体实施方式一种低成本超声辅助水下超亲油向超疏油特性的转变方法，如图1所示，包括以下步骤，步骤一、宏观结构的制备：可利用电火花线切割机床或激光加工系统进行表面加工，一、利用精密慢走丝电火花线切割机床选择放电脉冲时间5μs，放电停止时间18μs，加工速度3.0mm/min，电流3.0A～3.5A，电压40V～45V，喷流压力6L/min，电极丝张力12N。二、利用激光加工系统构建表面微沟槽选择功率10W～20W，扫描速度100mm/min～1000mm/min。两种方法分别对铝合金7075和黄铜金属样件表面进行沟槽加工(沟槽尺寸：深100μm～1000μm，宽200μm～500μm，间隔500μm～1000μm)，制备过程中充100％氮气进行保护切割，防止加工过程中空气中的元素对宏观结构表面成分的影响。步骤二、超疏水功能表面制备：有两种方法可以实现表面的超疏水功能，一、利用质量分数为20％的全氟辛基三乙氧基硅烷-乙醇混合液对宏观结构表面进行修饰。二、把加工好的宏观结构表面样件在空气中静止放置30天。表面修饰的方法不局限于以上两种情况，能实现超疏水表面制备即可。步骤三、取微升级单通道移液器，取5微升去离子水，通过设定单次挤出液量，挤压移液器的按钮实现一滴去离子水的流出，在修饰好的超疏水功能表面进行接触角测试，接触角需要大于150°才能进行下一步骤，如果小于150°需要更改宏观结构加工参数和表面修饰方法和时长。步骤四、将制备好的超疏水表面浸入到去离子水中，会发现样件表面会均匀的覆盖着一层小气泡。步骤五、在覆盖气泡的样件上进行普通家庭烹饪用大豆食用油油滴测试实验，会发现覆盖气泡层的表面是亲油的，油滴很快附着在样件表面上。步骤六、重新利用异丙醇清洗样件表面去除油渍，氮气吹干后浸入去离子水中，样件表面会重新覆盖一层小气泡。步骤七、水下超疏油特性的转变，将样件在浸液的条件转移到超声振动平台上，并进行安装固定，此时样件表面的小气泡仍然存在，打开超声振动的开关，超声振动频率为50kHz，振幅为400nm，此时平台开始振动，样件上面的小气泡开始破裂和消失。步骤八、再次在水下进行普通家庭烹饪用大豆食用油油滴测试实验，会发现无气泡的样件表面是水下超疏油的。至此，水下超疏油功能表面已经转变完毕。以上所述仅为本专利技术优选的实施例而已，并不用于限制本专利技术，对于本领域的技术人员来说，本专利技术可以有各种更改和变化。凡在本专利技术的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本专利技术的保护范围之内。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种低成本超声辅助水下超亲油向超疏油特性的转变方法，其特征是：包括以下步骤，且以下步骤顺次进行，/n步骤一、宏观结构及超疏水表面制备/n利用电火花线切割机床或者激光加工系统，在充氮气条件下，对金属样件表面进行加工，获得宏观结构表面；对宏观结构表面进行超疏水修饰，获得超疏水表面样件；/n步骤二、超疏水表面验证/n采用去离子水在所述步骤一制备的超疏水表面进行接触角测试，疏水角大于150°可进行超亲油表面验证；/n步骤三、水下超亲油表面验证/n将所述步骤一制备的超疏水表面样件浸入去离子水中，样件表面均匀覆盖一层气泡，在覆盖气泡的样件表面进行油滴测试实验，油滴附着于样件表面，证明样件表面水下超亲油；/n步骤四、水下疏油特性转变/n采用异丙醇清洗样件表面并去除油渍，采用氮气吹干后浸入去离子水中，在浸液的条件下，将样件转移至超声振动平台，固定安装后打开超声振动开关，超声振动平台振动使样件表面气泡破裂；浸液条件下，进行油滴测试试验，油滴不附着于无气泡的样件表面；/n至此，水下超亲油向超疏油特性转变结束。/n

【技术特征摘要】
1.一种低成本超声辅助水下超亲油向超疏油特性的转变方法，其特征是：包括以下步骤，且以下步骤顺次进行，
步骤一、宏观结构及超疏水表面制备
利用电火花线切割机床或者激光加工系统，在充氮气条件下，对金属样件表面进行加工，获得宏观结构表面；对宏观结构表面进行超疏水修饰，获得超疏水表面样件；
步骤二、超疏水表面验证
采用去离子水在所述步骤一制备的超疏水表面进行接触角测试，疏水角大于150°可进行超亲油表面验证；
步骤三、水下超亲油表面验证
将所述步骤一制备的超疏水表面样件浸入去离子水中，样件表面均匀覆盖一层气泡，在覆盖气泡的样件表面进行油滴测试实验，油滴附着于样件表面，证明样件表面水下超亲油；
步骤四、水下疏油特性转变
采用异丙醇清洗样件表面并去除油渍，采用氮气吹干后浸入去离子水中，在浸液的条件下，将样件转移至超声振动平...

【专利技术属性】
技术研发人员：廉中旭，任万飞，许金凯，于化东，
申请(专利权)人：长春理工大学，
类型：发明
国别省市：吉林;22