摘要
近年来超疏油表面由于其优异的自清洁、防腐蚀、表面减阻等性能，越来越受到人们的关注。但超疏油表面的制备存在一定难度，其较超疏水表面具有更加复杂的疏液原理和表面微结构，如何精确构筑这些复杂微结构是超疏油表面研究的重点和难点。本文利用纳秒激光在高纯硅片表面刻蚀出阵列沟槽和凸起结构，并用全氟硅烷（FAS）修饰降低其表面能。再以此超疏水硅片为基底，基于气-液复合界面发生的原位反应，利用液体弹珠微结构转移的方法在基底沟槽间构筑层叠片状的“花瓣形”二次沟槽微结构，制备超疏油表面。并对比研究了反应液浓度、高温烧结、二次氟化等工艺参数的变化对表面形貌、微区化学成分及润湿性能的影响。经过研究发现： (1)基于液滴局部轮廓的接触角测量方法是采用液滴局部轮廓的三个测量点（其中一个是液滴轮廓与表面的接触点）拟合成圆弧，通过建立坐标系，利用接触点切线斜率计算出接触角。当在液滴高度1/3-1/4范围内的局部轮廓上拾取三点间距大致相等的接触点时，接触角数据具有较好的稳定性和有效性。 (2)刻蚀并氟化修饰的基底进行沉积处理可使表面具有超疏油性。光滑硅表面无论是否经过FAS氟化修饰都不能有效疏油，经激光刻蚀后，未氟化修饰则的硅片表面反而变为亲油。而氟化修饰虽能大幅提高接触角但无法达到超疏油。在基于原位反应液体弹珠微结构转移沉积处理后，表面可以达到静态接触角140°以上的超疏油态，但此时沉积物对油滴有“钉扎”作用使其无法滚动。 (3)沉积时反应液的浓度也会影响最终的疏油效果。当反应液浓度较低时，液体弹珠携带并转移的沉积物过少，不足以使表面达到超疏油，而浓度过高则转移量太大，大片沉积物遮盖基底有效结构。因此，适中的反应浓度才能有效的形成具有超疏油特性的复杂层叠片状二次沟槽微结构。 (4)由于沉积物与基底的结合力较差，直接进行二次氟化不仅会影响沉积物形貌，还会破坏沉积物分布，接触角反而下降。高温烧结可以使基底与沉积物的结合力加强，500℃烧结并二次氟化处理后可在不破坏表面复杂微结构的前提下降低沉积物的表面能，最终制得接触角150°以上，滚动角10°左右的超疏油表面。
NETL