一种超疏水抗结冰表面及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种超疏水抗结冰表面及其制备方法，超疏水抗结冰表面设置有多级多尺度柱形结构阵列，柱形结构阵列上沉积一层纳米颗粒组成的团簇结构

【技术实现步骤摘要】
一种超疏水抗结冰表面及其制备方法


[0001]本专利技术属于抗结冰功能性表面制备
，具体涉及一种超疏水抗结冰表面及其制备方法
。

技术介绍

[0002]表面结冰是一种常见的自然现象，随着冰层的不断积累也会对人们的生产生活带来严重影响
。
例如，飞机机翼
、
发动机叶片等关键部位在高空中结冰，使飞机失去平衡，影响飞行安全，严重者会造成飞行事故；电塔
、
输电线等结冰对电力传输
、
网络信号传输等具有重大影响
。
因此，需清除设备表面积冰
。
[0003]常见的机械除冰
、
电热除冰以及化学除冰等存在除冰效率低
、
能耗大以及污然环境等问题
。
随着新技术
、
新方法的不断发展，利用不同方法在材料表面构建具备抗结冰性能的结构或喷涂抗结冰涂层，能够避免额外能量的输入，并且避免对结冰表面造成机械损伤等
。
受荷叶效应启发，科研工作者发现了具备表面自清洁性能的超疏水表面可广泛应用于油水分离
、
污水处理等领域
。
不仅如此，随着表面超疏水的深入研究，发现超疏水表面具有优异的抗结冰性能
。
因此，探究高效
、
简便的超疏水表面制备方法对提高材料表面抗结冰性能具有重大的影响
。

技术实现思路

[0004]本专利技术旨在解决现有技术的极端恶劣环境下材料表面积冰问题，提出一种飞秒激光一步法原位制备微纳结构阵列构建超疏水抗结冰表面的方法，该方法工艺流程简便，具有广阔的应用前景
。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：
[0006]一种超疏水抗结冰表面，所述超疏水抗结冰表面设置有多级多尺度柱形结构阵列，所述柱形结构阵列上沉积一层纳米颗粒组成的团簇结构
。
[0007]本专利技术还提供一种超疏水抗结冰表面的制备方法，包括以下步骤：
[0008]清洗待加工材料，采用飞秒激光加工光路，获得所述待加工材料表面飞秒激光聚焦焦点；
[0009]选定所述待加工材料的加工区域，并设置加工参数，控制飞秒激光对获得聚焦焦点的所述待加工材料表面分别进行
X
方向和
Y
方向激光扫描加工，获得具有多级多尺度柱形结构阵列的表面；
[0010]对具有多级多尺度柱形结构阵列的表面进行化学修饰，获得超疏水抗结冰表面
。
[0011]优选的，所述加工参数包括激光能量
、
扫描速度以及扫描间距
。
[0012]优选的，所述化学修饰的方法为：
[0013]对具有多级多尺度柱形结构阵列的表面进行超声清洗，去除表面碎屑；
[0014]对去除碎屑的表面进行化学溶浸泡和保温处理，获得所述超疏水抗结冰表面
。
[0015]优选的，采用
1wt
％的全氟癸基三甲氧基硅烷的乙醇溶液对去除碎屑的表面浸泡
4h
，并在
120℃
恒温下保温
2h。
[0016]与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：
[0017]1.
通过计算机控制程序和飞秒激光参数调控，在铝片表面制备多级多尺度柱形结构阵列，调控材料表面形貌，进而改变材料表面粗糙度，调控铝片表面浸润性；
[0018]2.
飞秒激光具有极高的峰值功率，当飞秒激光与铝片相互作用时，不仅能够灵活的控制铝片的表面形貌，同时能够改变加工区域铝片表面的物理化学性能；
[0019]3.
通过飞秒激光加工制备多级多尺度柱形结构，可捕获空气，形成热缓冲层，在低温环境下可减缓热量传递，进而延迟液滴在材料表面的结冰时间，提高材料表面抗结冰性能；
[0020]4.
相比其它抗结冰表面制备方法，本专利技术方法全过程在空气环境中完成，工艺流程简便
、
耗时短
。
附图说明
[0021]为了更清楚地说明本专利技术的技术方案，下面对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图
。
[0022]图1为本专利技术实施例制备超疏水抗结冰表面的工艺流程图；其中，
(a)
为飞秒激光在铝片表面制备多级多尺度柱形结构阵列的示意图；
(b)
为飞秒激光加工后铝片表面覆盖多级多尺度柱形结构阵列后对铝片进行化学修饰降低材料表面能的示意图；
(c)
为飞秒激光加工并化学修饰后铝片的接触角
、
滚动角以及低温环境下液滴的结冰时间等浸润性能表征；
[0023]图2为本专利技术实施例制备抗结冰铝片的表面形貌扫描电子显微镜图；其中
(a)
为铝裸片表面形貌图
SEM
图；
(b)
为飞秒激光加工后铝片表面形貌
SEM
图；
(c
‑
d)
为加工后铝片表面形貌的放大
SEM
图；
[0024]图3为飞秒激光在铝片表面制备多级多尺度柱形结构阵列后铝片表面元素分布及其元素能谱图；其中
(a
‑
c)
为加工后铝片表面的
EDX
元素分布
mapping
图，
(d)
为加工后铝片表面元素
EDX
能谱图；
[0025]图4为裸片铝表面元素元素分布及其元素能谱图；其中
(a
‑
b)
为裸片铝表面的
EDX
元素分布
mapping
图，
(c)
为裸片铝表面元素
EDX
能谱图；
[0026]图5为飞秒激光加工铝片表面制备多级微纳柱形结构阵列和裸片铝在化学修饰前后表面接触角表征；其中
(a)
为裸片铝的接触角表征；
(b)
为飞秒激光加工后覆盖多级微纳柱形结构阵列后铝片的接触角表征；
(c)
为裸片铝化学修饰后的接触角表征；
(d)
为飞秒激光加工后覆盖多级微纳柱形结构阵列并化学修饰后铝片的接触角表征；
[0027]图6为飞秒激光加工后覆盖多级微纳柱形结构阵列并化学修饰后铝片的滚动角表征；
[0028]图7为不同铝片在
‑
15℃
环境下液滴的结冰性能测试；
(a1
‑
e1)
为裸片铝化学修饰后液滴在其表面的结冰性能测试；
(a2
‑
e2)
为飞秒激光加工后覆盖多级多尺度柱形结构阵列并化学修饰后液滴在铝片表面的结冰性能测试
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种超疏水抗结冰表面，其特征在于，所述超疏水抗结冰表面设置有多级多尺度柱形结构阵列，所述柱形结构阵列上沉积一层纳米颗粒组成的团簇结构
。2.
一种超疏水抗结冰表面的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：清洗待加工材料，采用飞秒激光加工光路，获得所述待加工材料表面飞秒激光聚焦焦点；选定所述待加工材料的加工区域，并设置加工参数，控制飞秒激光对获得聚焦焦点的所述待加工材料表面分别进行
X
方向和
Y
方向激光扫描加工，获得具有多级多尺度柱形结构阵列的表面；对具有多级多尺度柱形结构阵列的表面进行化学修饰，获得超疏水抗结冰表面
。3....

【专利技术属性】
技术研发人员：董世运，王锁成，王志，闫世兴，刘晓亭，
申请(专利权)人：中国人民解放军陆军装甲兵学院，
类型：发明
国别省市：