本发明专利技术是一种制备具有超疏水性表面聚偏氟乙烯的装置及方法，本方法通过ＫｒＦ准分子激光辐照聚偏氟乙烯（ＰＶＤＦ）材料，使其表面具有超疏水性。本发明专利技术的装置包括沿光的传播方向依次设置激光器、透镜阵列、第一会聚透镜、第二会聚透镜、反射镜和用于放置样品的工作台。本发明专利技术通过调节光斑大小和激光器输出能量，控制材料表面的能量密度，一站式完成材料表面的改性，最短几秒内使材料达超疏水性，并且性能比较稳定，与水的静态接触角最高可以达到１６０．６°。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术是一种，本方法通过KrF准分子激光辐照聚偏氟乙烯(PVDF)材料，使其表面具有超疏水性。
技术介绍
自从自然界中的荷叶效应被发现以来，材料的疏水性研究一直是各个领域 的研究热点，其中以表面的超疏水性最为关注。超疏水表面由于具有自清洁、 防水、防雾、抗氧化及无污染等特性在国防、工业、农业和人类日常生活中有 着广泛的应用背景。大量研究成果表明，提高材料表面粗糙度和减低表面能是 制备超疏水性表面的两个主要途径。目前，用于制备超疏水性表面的高分子材 料的方法有很多，如H. Y. Kwong等在《Applied Surface Science》2007， 253， 8841-8845上报道了利用脉冲激光辐照沉积(PLD)的方法在聚四氟乙烯(PTFE) 上制备了超疏水性表面，与水的最大静态接触角为170° ; Harry R. Allcock 在《Current Opinion in Solid State&Materials Science》2006， 10， 231-240 上报道了利用CH4， CF4， 02， N2的等离子体技术制备超疏水性聚合物薄膜，其接 触角达155° ;JianLi等人在《Applied Surface Science》2006， 252， 2229-2234 上报道利用胶体组装的方法制备疏水性聚偏氟乙烯(PVDF)，其疏水能力在 106° 153°之间；Meihua Jin等在《Macromolecular Rapid Co腦unications》 2005, 26， 1805-1809上报道了利用Nd:YAG激光刻蚀聚二甲硅氧烷(PDMS)在 其表面构造超疏水性表面，其接触角达160。 ； LuXY， Zhang CC等人在《Macromo1. Rapid. Co腿un. 〉〉 2004， 25， 1606上报道通过控制聚乙稀(PE)的结晶化行为使 其表面疏水性达173° 。除了以上提到方法，还包括机械拉伸、溶液铸造、电镀、 物理沉积和物理吸附等等方法制备超疏水性功能材料。但是，这些方法普遍存 在制备工艺过程复杂，制备时间长，超疏水稳定性差等缺点。
技术实现思路
本专利技术提供了一种，针对 高分子材料，本专利技术采用先进的KrF准分子激光辐照技术，以氟塑料中的"贵金属"-聚偏氟乙烯为基体，在其表面直接构造具有低表面能的粗糙微细结构， 迅速达到超疏水性。为了达到上述目的，本专利技术采用了如下技术方案。制备具有超疏水性表面 聚偏氟乙烯的装置包括沿光的传播方向依次设置的激光器、透镜阵列、第一会 聚透镜、第二会聚透镜、反射镜和用于放置样品的工作台。使用上述装置制备具有超疏水性表面的聚偏氟乙烯的方法如下1) 将热敏纸置于工作台上，调节激光器的激光脉冲重复频率和工作台的位 置，使在热敏纸上获得光斑，并记录此时工作台所在的位置O;2) 取下热敏纸，计算光斑的大小；然后通过功率计测得工作台所在位置O 处的激光平均输出能量，用激光平均输出能量除以热敏纸上的光斑大小，得到工作台所在位置0处的激光能量密度，使其能量密度在300 mj/cm2到900 mj/cm、3) 选取厚度大于或等于0. 5mm的聚偏氟乙烯(PVDF)材料薄膜为样品材料， 并进行清洗；4) 将清洗后的PVDF薄膜放置于工作台上热敏纸所在的位置，使PVDF薄膜 表面与激光传播方向垂直，对其表面进行激光辐照。激光能量密度越大，达到 超疏水表面所需要的激光脉冲个数越少，激光脉冲个数至少为5个。本专利技术具有以下优点1) 操作过程简单、制备速度快采用KrF准分子激光辐照方法直接一次性 完成超疏水性聚偏氟乙烯的制备；2) 使用本专利技术中的方法制备出的具有超疏水性表面的聚偏氟乙烯，性能稳 定，与水的静态接触角最高达160.6。；3) 可控性强激光能量、脉冲个数、光斑直径、扫描速度等工艺参数均独 立控制，因而控制了超疏水性材料的制备速度；4) 该方法可以对大多数氟塑料的超疏水性起到指导作用。 附图说明图1本专利技术准分子激光辐照装置示意图图中1、 KrF准分子激光器，2、透镜阵列，3、第一会聚物镜，4、第二会聚 透镜，5、反射镜，6、工作台，7、激光光束，8、光斑，9、样品。具体实施例方式下面结合附图对本专利技术作进一步说明如图1所示，本实施例中的制备具有超疏水性表面聚偏氟乙烯的装置主要 包括沿光的传播方向依次放置的激光器l、透镜阵列2、第一会聚透镜3、第二会聚透镜4、反射镜5和工作台6。激光束7依次通过上述光路系统装置后，会 聚到样品9表面上。本实施例采用的是德国Lambda Physik公司制造的LPX305iF型准分子激光 器。主要性能指标如下激发光波长为248nm，脉宽为20ns,最大脉冲能量为 1. 2J/Pluse，平均输出功率为60W，重复频率为1 50Hz，输出能量为200 600mJ。 材料表面的能量密度主要通过激光输出能量和光斑大小进行控制。本专利技术中激光辐照方法制备超疏水性表面的聚偏氟乙烯(PVDF)具体按以下 步骤进行1) 将热敏纸置于工作台上，调节激光器的激光参数为lHz,脉冲个数为1个， 在热敏纸上获得光斑并记录此时工作台4所在位置坐标0 (x， y及z);2) 取下热敏纸，计算光斑的大小；通过功率计获得工作台4所在位置0处 的激光平均输出能量，用激光平均输出能量除以热敏纸上的光斑大小，即为材 料表面处所获得的激光能量密度；激光能量密度的取值范围一般为300 mj/cm2 900 mJ/W;3) 重复步骤l)和步骤2)，协调光斑大小及材料表面激光能量，以获得最 佳材料表面的激光能量密度；确定激光束光斑大小及激光器输出能量，完成材 料表面能量密度的计算；4) 选取厚度为0.5mm的PVDF薄膜为样品材料，随后，采用超声波对其进行 清洗；5) 将超声波清洗后的PVDF薄膜置于工作台6上热敏纸所在的位置，并将工 作台6置于位置0处，使PVDF薄膜的表面与激光传播方向垂直，进行样品辐照 操作。当样品9的面积小于等于光斑8时，用一次辐照即可以完成；当样品9的 面积大于光斑8时，可以通过移动工作台的位置，进行多次辐照，达到对样品9的整个表面的改性。下面结合具体的试验数据对本实施例进行详细的说明本实施例所处的工作气氛属于空气环境，选取的PVDF薄膜样品厚度为0.5mm;辐照后的材料表面的疏水性通过OCA视频光学接触角测量仪(德国)进 行测定；材料表面微观形貌通过扫描电镜(SEM)进行观察；表面粗糙度由三维 表面结构测量仪测定。首先，通过He-Ne激光进行准直，调整光路，使其具有完整光斑形状；然 后，通过调节激光光斑大小、输出能量及激光重复频率，控制材料表面能量流 密度；最后，将PVDF薄膜样品固定在工作台上。以上步骤完成后，开启激光， 对材料进行辐照，完成设置的总脉冲个数后，激光器自动停止辐照，试验完成。 下面以具体实例l、 2进行详细说明 实施例1氦氖激光准直后，将热敏纸置于工作台上，调节工作台、会聚透镜位置后， 测量光斑的面积为0. 6X0. 6=0. 36cm2，并记录此时工作台位置坐标0。设置激光 输出能量为200mJ，通过功率计测量位置O处能量，获得能量平均值为125mJ， 则激光能量密度为347 mj/cm2。将略本文档来自技高网...
【技术保护点】
制备具有超疏水性表面聚偏氟乙烯的装置，其特征在于：包括沿光的传播方向依次设置激光器（１）、透镜阵列（２）、第一会聚透镜（３）、第二会聚透镜（４）、反射镜（５）和用于放置样品的工作台（６）。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：蒋毅坚，刘莹，
申请(专利权)人：北京工业大学，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]
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