仿生金属超润湿跨尺度结构设计方法与制备方法

摘要

本发明涉及激光微加工技术领域，特指对金属表面的跨尺度结构的设计、金属表面激光微结构制备、必要时对微结构表面进行超润湿修饰而获得金属基超润湿表面的方法。先设计仿荷叶表面的宏观大面积表面周期乳突结构，在乳突结构上的微结构上构造微纳周期结构，得到宏观-微纳跨尺度几何模型。再根据对仿生金属超润湿跨尺度结构进行设计后得到的几何参数，调整激光参数和激光扫描路径后进行第一次平面扫描处理后，将样品旋转90°后再用低能量激光再进行一次平面扫描。本发明设计的跨尺度微结构接近自然生物表面形貌，并易于进行接触角的计算分析，制备过程简单、可控。

主权项

1.仿生金属超润湿跨尺度结构设计方法，其特征在于：设计仿荷叶表面的宏观大面积表面周期乳突结构，在乳突结构上的微结构上构造微纳周期结构，得到宏观-微纳跨尺度几何模型，具体为：以荷叶表面跨尺度结构作为设计原型，采用旋转抛物面模拟荷叶宏观表面结构的大尺度结构，旋转抛物面的底部直径d1、高H1、周期为P1；采用半球体模拟荷叶宏观表面小尺度结构，半球体的直径d2、周期P2；根据所设计的几何模型，推导出该表面的表观接触角计算公式，根据公式确定合适的几何参数，以满足理想的超润湿表面结构；对于超亲水设计：根据经典润湿理论中Wenzel理论的公式结合几何条件得微结构表观接触角为其中θ_e为仿生金属表面的本征接触角，可在抛光后的金属表面直接测量得到，根据计算公式确定参数d1、H1、P1、d2、P2，使接触角低于5°，达到超亲水状态；对于超疏水设计：根据经典润湿理论中Cassie理论的公式结合几何条件得微结构表观接触角为其中θ_e1等于旋转抛物面表面的小尺度微结构的表观接触角可由下式获得，其中θ_e2为光滑仿生金属表面硅烷化后的本征接触角，可在抛光并硅烷化后的仿生金属表面直接测量得到，根据计算公式确定参数d1、H1、P1、d2、P2，使接触角超过150°，达到超疏水状态。