超疏水金屬基圓柱陣列的掩膜微細(xì)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(yùn)輸及無(wú)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(guó)防領(lǐng)域都具有廣闊的應(yīng)用前景。
　　針對(duì)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(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)以及成本較高等問(wèn)題，本文提出采用掩膜電化學(xué)方法和掩膜化學(xué)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(guò)試驗(yàn)研究加工參數(shù)對(duì)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(duì)金屬表面潤(rùn)濕

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

3、60 s，隨著化學(xué)刻蝕時(shí)間的延長(zhǎng)，陣列圓柱的直徑逐漸減小，間隙和高度逐漸增加，過(guò)長(zhǎng)的加工時(shí)間同樣會(huì)引起結(jié)構(gòu)的破壞。
　　根據(jù)所得加工參數(shù)對(duì)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(duì)表面潤(rùn)濕性的影響規(guī)律。試驗(yàn)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(shí)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(shí)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(shí)更易實(shí)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(dāng)鋁基表面陣列圓柱直徑、間隙和高度分別為60μm、100μm和40μm時(shí)，可獲得平均接觸角為156.5°的超疏水表面;當(dāng)