一种具有微纳结构表面的材料及其加工方法技术

本发明专利技术提供了一种具有微纳结构表面的材料及其加工方法

【技术实现步骤摘要】
一种具有微纳结构表面的材料及其加工方法


[0001]本专利技术涉及激光近场加工
，具体涉及一种具有微纳结构表面的材料及其加工方法
。

技术介绍

[0002]近年来，受到自然界生物特性的启发，关于微纳图案化表面的研究受到了很大关注，并已广泛应用于实际工程
。
比如太阳能板的减反射结构
、
着色
、
防冰表面
、
自清洁表面
、
流体输送及
SERS
衬底制造等，展现出广阔的应用前景
。
[0003]研究者就疏水微纳复合结构的制备方法已经做出了相当大的努力，常用的技术包括电沉积
、
化学沉积
、
选择性掩膜沉积
、
激光直接写入等等，但是这些方法有使用过多有害化学试剂而具有成本高或环境污染以及较低光学成像分辨率等局限性
。
而激光近场加工技术中微球以传统光学元件无法实现的新颖方式操纵光，实现亚
100nm
特征尺寸，同时激光近场加工的微纳结构具有可控性以及高效率，可实现程序化和大面积加工，并具有环境友好的优势，增加疏水性的同时也增加了耐磨性能
。
[0004]鉴于上述原因，特提出本专利技术
。

技术实现思路

[0005]本专利技术的一个目的在于提供一种具有微纳结构表面的材料；
[0006]本专利技术的另一目的在于提供一种材料微纳结构表面的加工方法
[0007]本专利技术的再一目的在于提供所述的加工方法加工得到的具有微纳结构表面的材料
。
[0008]为达上述目的，一方面，本专利技术提供了一种具有微纳结构表面的材料，其中，所述微纳结构包括设置在材料表面的纳米凸起和微米凹槽，纳米凸起的高度为
20
‑
120nm
，底部直径为
500
‑
1000nm
，凹槽深度为
15
～
70
μ
m
，凹槽宽度为
20
～
60
μ
m
；相邻的凹槽的间隔为
0.1mm
～
3mm
，两组相邻的凹槽组成的网格内的纳米凸起的数量为
3w
～
400w。
[0009]根据本专利技术一些具体实施方案，其中，所述材料为金属
(
片状
、
条状或块状材料等，譬如金属片
、
金属条或金属块
)。
[0010]根据本专利技术一些具体实施方案，其中，所述材料为钢材料
、
铝材料
、
硅材料或铜材料
。
[0011]根据本专利技术一些具体实施方案，其中，所述材料为轴承钢
。
[0012]根据本专利技术一些具体实施方案，其中，所述材料为
9Cr18
轴承钢
。
[0013]另一方面，本专利技术还提供了材料微纳结构表面的加工方法，所述方法包括：
[0014]在所述材料的表面设置二氧化硅微球薄膜的步骤
、
以及利用激光在设置了二氧化硅微球薄膜的材料表面加工微纳结构的步骤；
[0015]其中，在所述材料的表面设置二氧化硅微球薄膜的步骤包括配制二氧化硅微球的醇水分散液的步骤；将二氧化硅微球醇水分散液加入水中得到分散液体系并加入十二烷基
苯磺酸钠水凝胶块诱导体系的液气界面张力梯度场，通过二氧化硅微球自组装得到二氧化硅微球薄膜的步骤；以及将二氧化硅微球薄膜敷设在材料表面的步骤；
[0016]所述醇水分散液中水和醇的体积比为1：9‑1：
1。
[0017]本专利技术利用十二烷基苯磺酸钠水凝胶块诱导体系的液气界面张力梯度场，可以将十二烷基苯磺酸钠水凝胶块置于分散液体系
(
二氧化硅微球分散液和水组成的体系
)
中一段时间
(
可以是2‑
60
秒，优选为2‑
10
秒
)
，然后取出即可
。
[0018]本专利技术的十二烷基苯磺酸钠水凝胶块在取出后，还可再重复使用
。
[0019]本专利技术通过十二烷基苯磺酸钠水凝胶块的诱导，可以促使二氧化硅微球通过自组装，高效有序排列成单层薄膜
。
[0020]根据本专利技术一些具体实施方案，其中，二氧化硅微球醇水分散液是匀速稳定地加入水中
。
[0021]根据本专利技术一些具体实施方案，其中，所述二氧化硅微球的粒径为
0.5
～5μ
m。
[0022]根据本专利技术一些具体实施方案，其中，所述二氧化硅微球的粒径为
0.6
～4μ
m。
[0023]根据本专利技术一些具体实施方案，其中，所述二氧化硅微球的粒径为
0.75
～3μ
m。
[0024]根据本专利技术一些具体实施方案，其中，所述醇水分散液中水和醇的体积比为
1.5:8.5
～
4.5:5.5。
[0025]根据本专利技术一些具体实施方案，其中，所述醇水分散液中水和醇的体积比为
2:8
～
4:6。
[0026]根据本专利技术一些具体实施方案，其中，所述二氧化硅为疏水性二氧化硅，接触角为
120
°
～
140
°
。
[0027]根据本专利技术一些具体实施方案，其中，以所述二氧化硅微球的醇水分散液的总质量为
100
％计，其中二氧化硅的质量浓度为
1.5
～
3.5wt
％
。
[0028]根据本专利技术一些具体实施方案，其中，所述将二氧化硅微球醇水分散液加入水中是以分散液：水＝
1/1200
～
1/600
的比例将二氧化硅微球醇水分散液加入水
。
[0029]根据本专利技术一些具体实施方案，其中，所述十二烷基苯磺酸钠水凝胶块由包括如下步骤的方法制备得到：
[0030]以十二烷基苯磺酸钠
、
丙烯酰胺和
N,N'
‑
亚甲基双丙烯酰胺为原料，在过硫酸铵和
N,N,N',N'
四亚甲基乙二胺存在下，在去离子水中进行交联反应得到所述十二烷基苯磺酸钠水凝胶块；所述十二烷基苯磺酸钠
、
丙烯酰胺
、N,N'
‑
亚甲基双丙烯酰胺
、
过硫酸铵
、N,N,N',N'
四亚甲基乙二胺和去离子水的质量比为
(0.1
‑
15):(0.1
‑
20):(0.001
‑
6):(0.001
‑
3):(0.001
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种具有微纳结构表面的材料，其中，所述微纳结构包括设置在材料表面的纳米凸起和微米凹槽，纳米凸起的高度为
20
‑
120nm
，底部直径为
500
‑
1000nm
，凹槽深度为
15
～
70
μ
m
，凹槽宽度为
20
～
60
μ
m
；相邻的凹槽的间隔为
0.1mm
～
3mm
，两组相邻的凹槽组成的网格内的纳米凸起的数量为
3w
～
400w。2.
根据权利要求1所述的材料，其中，所述材料为金属；优选为钢材料
、
铝材料
、
硅材料或铜材料；更优选为轴承钢
。3.
一种材料微纳结构表面的加工方法，所述方法包括：在所述材料的表面设置二氧化硅微球薄膜的步骤
、
以及利用激光在设置了二氧化硅微球薄膜的材料表面加工微纳结构的步骤；其中，在所述材料的表面设置二氧化硅微球薄膜的步骤包括配制二氧化硅微球的醇水分散液的步骤；将二氧化硅微球醇水分散液加入水中得到分散液体系并加入十二烷基苯磺酸钠水凝胶块诱导体系的液气界面张力梯度场，通过二氧化硅微球自组装得到二氧化硅微球薄膜的步骤；以及将二氧化硅微球薄膜敷设在材料表面的步骤；所述醇水分散液中水和醇的体积比为1：9‑1：1；优选为
1.5:8.5
～
4.5:5.5
；更优选为
2:8
～
4:6。4.
根据权利要求3所述的加工方法，其中，所述二氧化硅为疏水性二氧化硅，所述疏水性二氧化硅的接触角为
120
～
140
°
。5.
根据权利要求3所述的加工方法，其中，以所述二氧化硅微球的醇水分散液的总质量为
100
％计，其中二氧化硅的质量浓度为
1.5
～
3.5wt
％
。6.
根据权利要求3所述加工方法，其中，所述将二氧化硅微球醇水分散液加入水中是以分散液：水＝
1/1200
～
1/600
的比例将二氧化硅微球醇水分散液加入水
。7.
根据权利要求3所述的加工方法，其中，所述十二烷基苯磺酸钠水凝胶块由包括如下步骤的方法制备得到：以十二烷基苯磺酸钠
、
丙烯酰胺和
N,N'
‑
亚甲基双丙烯酰胺为原料，在过硫酸铵和
N,N,N',N'
四亚甲基乙二胺存在下，在去离子水中进行交联反应得到所述十二烷基苯磺酸钠水凝胶块；所述十二烷基苯磺酸钠
、
丙烯酰胺
、N,N'
‑
亚甲基双丙烯酰胺
、
过硫酸铵
、N,N,N',N'
四亚甲基乙二胺和去离子水的质量比为
(0.1
‑
15):(0.1
‑
20):(0.001
‑
6):(0.001
‑
3):(0.001
‑
5):(1
‑
30)
；优选为
(0.5
‑
12):(0.5
‑
16):(0.005
‑
5):(0.005
‑
2):(5
‑
26):(0.002
‑
4)
；更优选为
(1
‑
9):(1
‑
12):(0.012
‑
3):(0.01
‑
1.5):(0.003
‑
3):(8
‑
24)
；所述交联反应为在
20
‑
90℃
下反应8～
15h
；优选为在
20
‑
80℃
下反应9～
14h
；更优选为在
25
～
50℃
下反应
9.5
～
13h。8.
根据权利要求7所述的加工方法，其中，所述十二烷基苯磺酸钠水凝胶块由包括如下步骤的方法制备得到：以十二烷基苯磺酸钠
、
丙烯酰胺和
N,N'
‑
亚甲基双丙烯酰胺为原料，在过硫酸铵和
N,N,N',N'
四亚甲基乙二胺存在下，在去离子水中先常温下在
200
～
900rpm
转速下搅拌
0.1h
～
5h<...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈磊，于亚东，翁鼎，马原，汪家道，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：