一种激光诱导后向转移制备极端润湿性图案方法与流程

本发明为一种激光诱导后向转移制备极端润湿性图案方法，它可通过激光诱导后向转移技术，将金属材料转移到玻璃接受基底上，结合低表面能修饰和激光直写技术，实现玻璃基底上极端润湿图案的绿色高效制备，属于功能表面材料制备领域。

背景技术：

极端润湿性图案可以应用于雾气收集、定向水运输、液滴操控、微流控芯片和细胞筛选等领域，受到了研究人员的广泛关注。

cn106334663a公开了一种在铝基底上构建高精度极端润湿性图案的方法，这种方法利用光刻技术在铝基体超疏水表面上覆盖图案化的光刻胶作为掩膜，结合等离子体亲水改性和沸水浸泡得到长期超亲水图案，进一步丙酮溶解光刻胶还原超疏水区域，从而在铝基体上获得极端润湿性图案表面。然而，这种方法工艺复杂，需要先准备图案掩膜，并且还需要你使用强腐蚀性溶剂，会对操作人员和生态环境造成危害。

cn105951162a公布了一种通过在制备的超亲水金属表面上选择性进行低表面能修饰获得超疏水区域,得到特定性状的超亲水区域,实现超亲水/超疏水润湿性图案化的目的。然而，这种方法同样需要对不干胶掩膜图案进行任意形状的加工，增加了金属基体极端润湿性图案制备的复杂程度，不利于大面积快速制备。

cn105131318a公布了一种通过表面图案化调控聚氯代对二甲苯膜表面润湿性的方法,结合空气等离子体处理、涂覆干燥和uv/o3诱导交联反应得到具有表面润湿性可控的图案化pc膜。然而，这种方法涉及使用了大量对人体有害的化学试剂，不利于大面积使用和推广。

以上研究方法中，使用掩膜技术制备极端润湿性图案化表面增加了工艺流程和复杂度，降低了制备效率；大量使用有毒有害的化学试剂会对操作人员和实验设备造成损害，同时破坏了生态环境。因此需要一种新的制备方法解决上述问题。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种激光诱导后向转移制备极端润湿性图案方法。这种方法制备过程简单、对环境危害小，可通过激光直写技术快速实现图案制备，无掩膜，制备效率高。

本发明的技术方案：

在玻璃接受基底与金属材料之间保持一定距离，放置在激光加工平台上；利用激光器产生的激光束，穿过透明玻璃基底，诱导金属材料向玻璃接受基底上转移，沉积一层金属薄膜，实现玻璃表面粗化处理；进一步浸泡低表面能溶液并烘干处理，获得超疏水表面；激光直写超疏水表面，在玻璃基底上得到极端润湿性图案。

一种激光诱导后向转移制备极端润湿性图案方法，步骤如下：

(1)玻璃接受基底与金属材料之间保持一定距离，放置在激光加工平台上；利用激光器产生的激光束，穿过透明玻璃接受基底，诱导金属材料向玻璃接受基底上转移，沉积一层金属薄膜，实现玻璃表面粗化处理；进一步浸泡低表面能溶液并烘干处理，获得超疏水表面；

(2)利用激光直写技术，在所制备的超疏水表面上进行一步图案直写，最终在超疏水表面获得任意超亲水二维图案。

步骤(1)中，玻璃接受基底与金属材料之间的距离保持在150微米。

步骤(1)中，以直径为50～100微米，间距为100～200微米的圆形阵列图案进行激光诱导后向转移，实现金属材料以微坑阵列的形貌转移到玻璃接受基底上。

步骤(1)中，激光功率比为20％～30％，加工频率为20khz，脉冲宽度为100ns，波长为1064nm，扫描速度为2000mm/s，扫描次数为一次。

步骤(1)中，所述的低表面能溶液的修饰为浸泡在0.05mol/l硬脂酸的无水乙醇溶液或1wt.％浓度氟硅烷的无水乙醇溶液中，浸泡时间为20～60分钟；烘干温度为70～120摄氏度，烘干时间为5～20分钟。

步骤(2)中，激光直写沉积金属薄膜工艺的激光功率比为20％～50％，加工频率为20khz，脉冲宽度为100ns，波长为1064nm，扫描速度为2000mm/s，扫描次数为一次。

所述的金属材料为铝、铜、铁、以上金属的合金及其金属氧化物。

本发明的有益效果：

(1)激光诱导后向转移技术以快速高效，简单绿色的方式沉积金属到玻璃基底，避免使用强腐蚀性化学试剂和昂贵设备来粗化玻璃表面。

(2)激光直写技术可以快速构建极端润湿性图案，无需使用掩膜技术，提高了制备效率，减少了对环境的污染和人员的伤害。

附图说明

图1为玻璃基极端润湿性图案制备示意图。

具体实施方式

以下结合附图和技术方案，进一步说明本发明的具体实施方式。

本发明设计玻璃基极端润湿性图案制备方法，主要设备为激光器

(1)按照图1，利用激光器产生的激光束，穿过透明玻璃基底，诱导金属材料以微坑阵列的形式转移到玻璃接受基底上；

(2)沉积后的金属薄膜进行低表面能修饰，获得超疏水表面；

(3)按照图1，利用激光直写技术一步法在超疏水表面构建极端润湿性图案。

实施例1

以1060铝板作为金属材料，实验常用载玻片玻璃为接受基底，二者之间利用商用胶带保持距离为150微米并放置在激光加工水平台上；采用光纤秒冲激光器(加工频率20khz，扫描速度2000mm/s，波长1064nm，脉宽100ns，功率比25％)产生的激光束穿过透明玻璃，诱导表层铝材料以微坑阵列(直径100微米，间距200微米)的形貌转移到玻璃表面，最终将铝及其氧化物沉积到玻璃表面；

进一步浸泡1wt.％浓度的氟硅烷乙醇中，20min后，放置90度加热平台进行烘干处理，最终获得超疏水表面；

利用光纤脉冲激光器一步直写技术(加工频率20khz，扫描速度2000mm/s,波长1064nm，脉宽100ns，功率比25％)，快速在超疏水表面构建任意复杂二维图案，最终实现玻璃基极端润湿性图案的制备。

技术特征：

技术总结
本发明提供了一种激光诱导后向转移制备极端润湿性图案方法，属于功能材料技术领域。首先利用激光器后向转移技术，激光束穿过透明接受基底材料，将金属材料转移到玻璃接受基底上，以快速，绿色和高效的方式实现玻璃表面的粗化处理；进一步结合低表面能修饰和激光直写技术，直接在所制备的超疏水表面上构建极端润湿性图案。本发明快速沉积金属材料到玻璃基底上，过程简单便捷，绿色环保，没有引入对环境有害的物质，也避免使用了昂贵的玻璃加工设备和危险化学药品；激光直写图案，避免掩膜制备流程，提高了图案化制备效率，过程简单快速，适合大面积制备，有利于广泛推广极端润湿性图案在雾气收集，定向水运输，微流控芯片和细胞筛选等应用。

技术研发人员：刘新;张基超;张帆;张忠涛;陈阳;刘吉宇;沈海洋;关乃侨;宋金龙;孙晶
受保护的技术使用者：大连理工大学
技术研发日：2019.07.05
技术公布日：2019.10.15