超疏水金屬基圓柱陣列的掩膜微細加工研究.pdf

1、超疏水表面具有自清潔、耐腐蝕、減磨減阻、液滴定向運輸及無損轉(zhuǎn)移、防霧、防結(jié)冰結(jié)霜等優(yōu)異性能，金屬基超疏水表面的制備在工業(yè)生產(chǎn)、醫(yī)療以及國防領(lǐng)域都具有廣闊的應用前景。
　　針對現(xiàn)有金屬基超疏水表面制備方法存在的材料種類受限、不利于實現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)以及成本較高等問題，本文提出采用掩膜電化學方法和掩膜化學方法在鋁和銅基體上制得具有微小圓柱陣列結(jié)構(gòu)的超疏水表面，通過試驗研究加工參數(shù)對圓柱陣列結(jié)構(gòu)尺寸的影響規(guī)律以及圓柱陣列結(jié)構(gòu)尺寸對金屬表面潤濕

2、性的影響規(guī)律。
　　掩膜電化學加工圓柱陣列微結(jié)構(gòu)的試驗結(jié)果顯示，超聲振動可有效改善電化學刻蝕的表面質(zhì)量;鋁基表面制備光刻膠掩膜較為合適的曝光時間和顯影時間分別為20 s和240 s;隨著電化學刻蝕過程中電流密度的增加和加工時間的延長，陣列圓柱的直徑逐漸減小，間隙和高度逐漸增加，但過長的加工時間會引起結(jié)構(gòu)的破壞。
　　掩膜化學加工圓柱陣列微結(jié)構(gòu)的試驗結(jié)果顯示，銅基表面制備光刻膠掩膜較為合適的曝光時間和顯影時間分別為20 s和3

3、60 s，隨著化學刻蝕時間的延長，陣列圓柱的直徑逐漸減小，間隙和高度逐漸增加，過長的加工時間同樣會引起結(jié)構(gòu)的破壞。
　　根據(jù)所得加工參數(shù)對圓柱陣列結(jié)構(gòu)尺寸的影響規(guī)律選用合適的掩膜圖案尺寸以及加工參數(shù)，分別在鋁基和銅基表面制備具有不同尺寸參數(shù)的圓柱陣列微結(jié)構(gòu)，經(jīng)低表面能修飾后，研究不同尺寸參數(shù)對表面潤濕性的影響規(guī)律。試驗發(fā)現(xiàn)，由于鋁和銅自身性能的不同，水滴在具有相同尺寸圓柱陣列微結(jié)構(gòu)的鋁和銅表面可能呈現(xiàn)出兩種不同的接觸狀態(tài)，鋁表面用

4、于“支撐”起變形水滴而實現(xiàn)Cassie-Baxter狀態(tài)所需的陣列圓柱高度較高，而銅表面較低的陣列圓柱高度即可使水滴在其上實現(xiàn)Cassie-Baxter狀態(tài)。水滴在具有圓柱陣列微結(jié)構(gòu)的表面上呈Cassie-Baxter狀態(tài)時更易實現(xiàn)超疏水性能，且表面接觸角隨陣列圓柱直徑的減小和間隙的增大而增大，但隨高度的變化并不明顯。當鋁基表面陣列圓柱直徑、間隙和高度分別為60μm、100μm和40μm時，可獲得平均接觸角為156.5°的超疏水表面;當