本发明专利技术提供了一种润湿梯度结构激光表面微纳加工装置及加工工艺，包括反应容器、PDMS溶液输送系统、超亲水试剂输送系统和激光加工系统；所述反应容器内安装加热系统，所述反应容器内安装温度传感器；所述反应容器底部分别设有第一搅拌系统和干燥系统；所述反应容器内设有夹具；所述夹具位于第一搅拌系统上方；第一进水口与超亲水试剂输送系统连通，第二进水口与PDMS溶液输送系统连通，第二进水口上安装旋转喷头，用于对基板旋涂PDMS溶液；所述激光加工系统用于激光刻蚀基板，所述激光加工系统用于将PDMS膜的一个表面亲水性转变为疏水性。本发明专利技术利用激光加工后的基板上的微纳粗糙结构，结合PDMS的自身材料性能制备超疏水双面膜。膜。膜。
【技术实现步骤摘要】
一种润湿梯度结构激光表面微纳加工装置及加工工艺
[0001]本专利技术涉及金属材料表面改性
，特别涉及一种润湿梯度结构激光表面微纳加工装置及加工工艺。
技术介绍
[0002]随着社会的发展与人口增长，淡水资源的短缺问题变得日益严峻，如今，海水淡化、废水处理被视为回收淡水的有效办法，但存在能耗大、效率低、工艺复杂等问题。雾水收集是指将空气中含有的隐性水资源转化为显性可利用水资源，是一种环保、低成本及可持续的缓解淡水稀缺的方法。在自然界，浓雾中蕴含着丰富的淡水资源，此外，人类生产活动带来的水分蒸发问题同样产生了大量的水雾。在海洋，沙漠等恶劣环境中，雾滴沉积在网状结构上，当增长到临界尺寸时，自身重力大于粘附力，就会从网状物上脱落从而实现收集。如今，已有大量网状结构投入到雾水收集中捕获雾滴，但网状结构孔太大不能有效捕获悬浮的微米级雾滴，网状结构孔太小会导致结构堵塞，影响收集效率。因此，通过有效的结构捕集空气中的水雾，更好实现淡水资源的有效利用。
[0003]皮秒激光可以有效地用于微/纳米制造，且制造过程简单、价格低廉、方便快捷，制备出的微纳结构灵活可调。
[0004]现有技术公开了一种基于双梯度锥形孔阵列的复合结构膜及其制备方法，在铝箔上采用激光打孔，然后用氟化处理最后再用激光扫描完全去除下表面氟化区域制备超疏水膜(Janus膜)。该方案在超疏水面雾气冷凝效果较差，并且超亲水面对水的粘附力较大，水滴不容易滴落。
[0005]现有技术公开了一种基于喷涂的用于高效收集水雾的混合亲疏水材料表面的制备方法，利用不锈钢网结合多种化学试剂进行制备超疏水表面，该方案采用氟化硅等化学试剂进行修饰产生污染，且步骤繁多，操作不易。
技术实现思路
[0006]针对现有技术中存在的不足，本专利技术提供了一种润湿梯度结构激光表面微纳加工装置及加工工艺，利用激光加工后的基板上的微纳粗糙结构，结合PDMS的自身材料性能制备超疏水双面膜，与使用化学方法和激光辅助加工方法相比，本专利技术方法工艺简单、技术成熟、加工效率高且绿色环保。
[0007]本专利技术是通过以下技术手段实现上述技术目的的。
[0008]一种润湿梯度结构激光表面微纳加工装置，包括反应容器、PDMS溶液输送系统、超亲水试剂输送系统和激光加工系统；
[0009]所述反应容器内安装加热系统，用于加热反应容器，所述反应容器内安装温度传感器；所述反应容器底部分别设有第一搅拌系统和干燥系统；所述反应容器内设有夹具，用于装夹基板或PDMS膜；所述夹具位于第一搅拌系统上方；所述反应容器上设有第一进水口、第二进水口和出水口，所述第一进水口与超亲水试剂输送系统连通，所述第二进水口与
PDMS溶液输送系统连通，所述第二进水口上安装旋转喷头，用于对基板旋涂PDMS溶液；所述出水口与排污系统连通；所述激光加工系统用于激光刻蚀基板，所述激光加工系统用于将PDMS膜的一个表面亲水性转变为疏水性。
[0010]进一步，所述反应容器内的第一搅拌系统上方设有隔层，所述隔层表面开设有若干个通孔；所述基板或PDMS膜可通过夹具放置在隔层上。
[0011]进一步，所述反应容器内设有机械手，用于剥离基板上的PDMS膜。
[0012]进一步，所述PDMS溶液输送系统包括第三容器、第三电泵和第二搅拌系统；所述第三容器内设有第二搅拌系统，用于制备PDMS溶液，所述第三容器出口通过第三电泵与旋转喷头连通。
[0013]一种润湿梯度结构激光表面微纳加工装置的加工工艺，包括如下步骤：
[0014]对基板的表面进行激光刻蚀；
[0015]将PDMS溶液旋涂在基板的表面，对基板加热处理；
[0016]基板冷却后获得PDMS膜；
[0017]将PDMS膜浸没在超亲水试剂中，对PDMS膜进行修饰，得到双面超亲水性的PDMS膜；
[0018]通过激光加工双面超亲水性的PDMS膜的任意一面，使双面超亲水性的PDMS膜的任意一面改性为疏水性，得到上下表面呈不同亲疏水状态的PDMS膜。
[0019]进一步，将预处理后的基板固定在激光加工平台上，采用皮激光加工系统对基板表面进行扫描刻蚀，得到方形网格状微纳复合结构模板；刻蚀后的基板通过夹具放置在隔层上，对刻蚀后的基板进行清洗和干燥。
[0020]进一步，通过加热系统加热反应容器内的温度，旋涂PDMS溶液的基板在100℃下加热不少于2h。
[0021]进一步，双面超亲水性的PDMS膜将需要加工的面定义为上表面，则另一面为下表面；激光以网格扫描在上表面扫除亲水剂，光斑焦点放置在膜上表面的下方，使上表面呈疏水性。
[0022]进一步，所述旋转喷头附近安装图像传感器用于获取旋涂表面的图片，所述图像传感器将图片信号传输给计算机控制系统，通过调节旋转喷头上的温度控制装置控制旋转喷头内的PDMS溶液的温度，用于控制PDMS溶液固化的速度。
[0023]一种PDMS双面膜，利用润湿梯度结构激光表面微纳加工装置的加工工艺生产PDMS双面膜，所述PDMS双面膜上表面为疏水面，所述PDMS双面膜下表面为亲水面；水滴从疏水面可以自运输渗透到亲水面，且水滴不能从亲水面渗透到疏水面。
[0024]进一步，所述PDMS双面膜上表面为接触角大于150
°
的超疏水表面，所述PDMS双面膜下表面为接触角小于10
°
的超亲水表面。
[0025]将所述的PDMS双面膜用于雾水收集装置中。
[0026]本专利技术的有益效果在于：
[0027]1.本专利技术所述的润湿梯度结构激光表面微纳加工装置及加工工艺，利用激光加工后的基板上的微纳粗糙结构，结合PDMS的自身材料性能制备超疏水双面膜。双面超亲水性的PDMS膜将需要加工的面定义为上表面，激光以网格扫描在上表面扫除亲水剂，防止单一的逐行或者逐列扫描时出现的X和Y方向上的各向异性。
[0028]2.本专利技术所述的润湿梯度结构激光表面微纳加工装置及加工工艺，光斑焦点放置
在膜上表面的下方，甚至可略微扫掉表层PDMS材料，彻底扫除表面的亲水试剂以保证上表面的疏水性。
[0029]3.本专利技术所述的润湿梯度结构激光表面微纳加工装置及加工工艺，安全可靠，具有高灵活性、高可控性以及很好的可重复性，可用于大面积和重复性加工，易于实现工业化应用。
附图说明
[0030]图1为本专利技术所述的润湿梯度结构激光表面微纳加工装置示意图。
[0031]图2为本专利技术所述的隔层结构示意图。
[0032]图3为本专利技术皮秒激光加工系统示意图。
[0033]图4为本专利技术的润湿梯度结构激光表面微纳加工工艺流程图。
[0034]图5为本专利技术的PDMS双面膜原理图。
[0035]图6为本专利技术基板示意图。
[0036]图7为本专利技术PDMS双面膜疏水面的模型图。
[0037]图8为本专利技术PDMS双面膜亲水面的模型图。
[0038]图中：
[0039]本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种润湿梯度结构激光表面微纳加工装置，其特征在于，包括反应容器(14)、PDMS溶液输送系统、超亲水试剂输送系统和激光加工系统；所述反应容器(14)内安装加热系统(11)，用于加热反应容器(14)，所述反应容器(14)内安装温度传感器(13)；所述反应容器(14)底部分别设有第一搅拌系统(23)和干燥系统(22)；所述反应容器(14)内设有夹具，用于装夹基板(17)或PDMS膜；所述夹具位于第一搅拌系统(23)上方；所述反应容器(14)上设有第一进水口(21)、第二进水口(19)和出水口(24)，所述第一进水口(21)与超亲水试剂输送系统连通，所述第二进水口(19)与PDMS溶液输送系统连通，所述第二进水口(19)上安装旋转喷头(18)，用于对基板旋涂PDMS溶液；所述出水口(24)与排污系统连通；所述激光加工系统用于激光刻蚀基板(17)，所述激光加工系统用于将PDMS膜的一个表面亲水性转变为疏水性。2.根据权利要求1所述的润湿梯度结构激光表面微纳加工装置，其特征在于，所述反应容器(14)内的第一搅拌系统(23)上方设有隔层，所述隔层表面开设有若干个通孔；所述基板(17)或PDMS膜可通过夹具放置在隔层上。3.根据权利要求1所述的润湿梯度结构激光表面微纳加工装置，其特征在于，所述反应容器(14)内设有机械手(12)，用于剥离基板(17)上的PDMS膜。4.根据权利要求1所述的润湿梯度结构激光表面微纳加工装置，其特征在于，所述PDMS溶液输送系统包括第三容器(7)、第三电泵(10)和第二搅拌系统(15)；所述第三容器(7)内设有第二搅拌系统(15)，用于制备PDMS溶液，所述第三容器(7)出口通过第三电泵(10)与旋转喷头(18)连通。5.一种根据权利要求1所述的润湿梯度结构激光表面微纳加工装置的加工工艺，其特征在于，包括如下步骤：对基板(17)的表面进行激光刻蚀；将PDMS溶液旋涂在基板(17)的表面，对基板(17)加热处理；基板(17)冷却后获得PDMS膜；将PDMS膜浸没在超亲水试剂中，对PDMS膜进行修饰，得...
【专利技术属性】
技术研发人员：任旭东，陈健，童照鹏，周王凡，杨达，万文彬，葛勇州，唐亮，陈晨，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：发明
国别省市：
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