一种制备润湿梯度表面装置及制备方法与流程

本发明涉及液滴行为控制领域，具体地说，涉及一种制备润湿梯度表面装置及制备方法。

背景技术：

表面润湿性是固体表面的主要性能特征之一，在水下减阻等方面有着重要的应用。然而随着近年来对润湿表面研究的不断发展，人们已经不满足于单一特定润湿性表面，具有梯度的润湿表面成为了工程领域的迫切需求。表面润湿性梯度是表面的化学组成或物理性质发生梯度变化致使材料表面润湿性发生梯度变化，其同时具有疏水和亲水性能，因此在能源、生物医学和材料等领域都有广阔的应用前景。

目前，制备具有润湿性梯度表面的方法有很多，如电化学刻蚀、微接触印刷法、光刻法等，但是这些方法存在制作环境苛刻，制备工艺复杂，耗时较长且制作成本较高。发明专利cnio4646833a公开了“一种金属基底梯度润湿表面的激光制备方法”，该激光制备方法不仅需要激光结合侧吹空气，在基板中刻蚀出一系列疏密不同的交错沟槽或平行沟槽，还需要在水中浸泡约72小时，控制表面与空气接触的时间，操作复杂，耗时过长；在发明专利cnio5938300a提出了一种“实现液滴自驱动的梯度润湿表面的制备方法及其设备”，需先制备带超疏水层的基体，再制备掩膜板，最后将超疏水涂层表面在uv光下选择性曝光，才制备出梯度润湿表面，制备工艺繁琐。

技术实现要素：

为了避免现有技术存在的不足，克服制备工艺复杂，耗时较长且制作成本高的问题，本发明提出一种制备润湿梯度表面装置及制备方法；通过控制基体不同位置在聚四氟乙烯乳液中浸渍时间差，从而使聚四氟乙烯颗粒含量在基体表面沿时间梯度方向连续变化；然后再将基体烘干、烧结，进而形成润湿性梯度表面。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:制备润湿梯度表面装置包括支撑底座、丝杠、电机、导线、电机控制器、滑台、定滑轮、细绳、夹紧器，所述支撑底座为l形结构，支撑底座用于固定支撑各部件，所述电机控制器位于支撑底座上部一端，定滑轮固定在支撑底座上部另一端，电机通过安装板固定在支撑底座上，电机控制器与电机通过导线连接，滑台与导轨配合安装在支撑底座上位于电机的前部，电机输出轴与滑台上的丝杠固连，细绳一端固定在滑台上，另一端绕过定滑轮与夹紧器连接，夹紧器装夹基体，电机控制器控制电机驱动滑台移动，拉动夹紧器和基体上下移动，实现基体在聚四氟乙烯乳液中匀速提升，形成浸渍时间梯度。

一种采用所述制备润湿梯度表面装置进行制备的方法，其特征在于包括以下步骤:

步骤1.将盛有10％聚四氟乙烯乳液的容器置于行程控制装置中；选取基体材料进行表面处理，在距基体底端指定部位处做标记，并将基体顶端装夹在夹紧器上；

步骤2.打开电机控制器，启动电机控制程序，输入计算得到的电机速度，控制电机速度使得电机反转，电机速度计算公式为:v＝2d/t，v为电机速度、d为需要浸渍基体的距离、t为基体下端浸渍的时间；

步骤3.输入电机速度，电机转动驱动滑台移动，滑台带动夹紧器上的基体以匀速垂直降落至聚四氟乙烯乳液容器中，浸渍时间为5min，保证基体浸渍部分为超疏水状态；

步骤4.当基体标记处位于聚四氟乙烯乳液面时，通过电机控制器控制电机速度使得电机正转，基体以匀速垂直提升；

步骤5.将基体提出聚四氟乙烯乳液后，取出放置在高温烘箱内，烘箱温度为80℃～100℃,且2h～4h烘干，再放入烧结炉中烧结，在温度为400℃～500℃下烧结1h，烧结后形成润湿梯度表面基体。

有益效果

本发明提出的一种制备润湿梯度表面装置及制备方法，通过控制基体不同位置在聚四氟乙烯乳液中浸渍时间差，从而使聚四氟乙烯颗粒含量在基体表面沿时间梯度方向连续变化；然后，再将基体烘干、烧结，进而形成润湿性梯度表面。

本发明制备润湿梯度表面装置及制备方法，只需要制造基体在聚四氟乙烯乳液中浸渍的时间差，即可实现基体不同位置含聚四氟乙烯颗粒率的不同；通过控制基体在聚四氟乙烯乳液中的提升速度来控制单位长度的润湿梯度大小，即梯度变化率，实现快速、简捷的制备不同润湿梯度率的表面。装置结构简单、易于操作且制作成本低廉。

本发明制备润湿梯度表面装置及制备方法，通过控制基体在聚四氟乙烯乳液中的提升速度来控制单位长度的润湿梯度大小，即梯度变化率；对基体的形状无特殊要求，在板形、片状、管形多种形状的基材上均可快速制备润湿性梯度表面。

附图说明

下面结合附图和实施方式对本发明一种制备润湿梯度表面装置及制备方法作进一步详细说明。

图1为本发明制备润湿梯度表面装置示意图。

图2为水滴滚动角随碳纸提升速度的变化示意图。

图中:

1.电机控制器2.导线3.电机4.丝杠5.滑台6.细绳7.定滑轮8.夹紧器

9.支撑底座

具体实施方式

本实施例是一种制备润湿梯度表面装置及制备方法；使用制备装置控制，制造基体在聚四氟乙烯乳液中浸渍的时间差，实现聚四氟乙烯颗粒含量在基体表面沿时间梯度方向连续变化。然后放置于烘箱内，在温度为80℃～100℃下烘干2h～4h，最后在温度为400℃～500℃下烧结1h，烧结后形成润湿性梯度表面。控制基体下端在浓度为10％聚四氟乙烯乳液中浸渍时间为5min，保证基体下端为超疏水状态。

参阅图1，本实施例制备润湿梯度表面装置由支撑底座9、丝杠4、电机3、导线2、电机控制器1、滑台5、定滑轮7、细绳6、夹紧器8组成；其中，支撑底座9为l形结构，支撑底座9用于固定支撑各部件，电机控制器1位于支撑底座9上部一端，定滑轮7固定在支撑底座9上部另一端。电机3通过安装板固定在支撑底座9上，电机控制器1与电机3通过导线2连接，滑台5与导轨配合安装在支撑底座9上位于电机的前部，电机输出轴与滑台上的丝杠固连。细绳6一端固定在滑台上，细绳6另一端绕过定滑轮7与夹紧器连接。夹紧器8装夹基体，电机控制器1控制电机驱动滑台5移动，拉动夹紧器8和基体上下移动，实现基体在聚四氟乙烯乳液中匀速提升，形成浸渍时间梯度。在本实施例中，设计电机控制程序，给定电机速度，通过电机驱动滑块运动，进而拉动夹紧器和基体上下移动，实现对基体运动速度的准确控制。将基体固定在夹紧器后，启动电机控制程序，输入电机速度，使电机反转，当基体上端或者需要浸渍的距离与乳液面水平时，通过控制器发送速度使得电机正转，速率与反转时相同。

基于上述制备润湿梯度表面装置，本实施例还提出一种进行制备润湿梯度表面的制备方法，其包括以下步骤:

第一步.将盛有10％聚四氟乙烯乳液的容器置于行程控制装置中；选取基体材料进行表面处理，在距基体底端指定部位处做标记，并将基体顶端装夹在夹紧器上；

第二步.打开电机控制器，启动电机控制程序，输入计算得来的电机速度，发送速度使得电机反转，电机速度计算公式为:v＝2d/t，v为电机速度、d为需要浸渍基体的距离、t为基体下端浸渍的时间；

第三步.输入电机速度，电机转动驱动滑台移动，使滑台带动夹紧器上的基体以确定速度垂直降落至聚四氟乙烯乳液容器中，浸渍时间为5min，保证基体浸渍部分为超疏水状态；

第四步.当基体标记处位于聚四氟乙烯乳液面时，通过电机控制器控制发送速度使得电机正转，基体以确定速度垂直提升；

第五步.将基体提出聚四氟乙烯乳液后，取出放置在高温烘箱内，烘箱温度为80℃～100℃,且2h～4h烘干，再放入烧结炉中烧结，在温度为400℃～500℃下烧结1h，烧结后形成润湿梯度表面基体。

实施例1

(1)将盛有浓度为10％聚四氟乙烯乳液的容器置于行程控制装置中；取长宽为85mm×30mm的碳纸，在距碳纸底端65mm处做出标记，将碳纸顶端装夹在夹紧器上。

(2)打开电机控制器，启动电机控制程序，输入电机速度0.43mm/s，发送速度使得电机反转；控制电机转动并驱动滑台移动，使滑台带动夹紧器上的碳纸以0.43mm/s的速度垂直降落至盛有聚四氟乙烯乳液的容器中。

(3)当碳纸标记处与聚四氟乙烯乳液面水平时，即发送速度0.43mm/s使得电机正传，碳纸以0.43mm/s的速度垂直提升。

(4)当碳纸完全提出聚四氟乙烯乳液面后，取出，放置于高温烘箱内调温度为90℃，烘干3h后取出放在烧结炉中，在温度为440℃下烧结1h后取出，即可的到具有润湿梯度表面的碳纸。

实施例2

(1)将盛有浓度为10％聚四氟乙烯乳液的容器置于行程控制装置中；取长宽为85mm×30mm碳纸，在距碳纸底端45mm处做出标记，将碳纸顶端装夹在夹紧器上。

(2)打开电机控制器，启动电机控制程序，输入电机速度0.3mm/s，发送速度使得电机反转；控制电机转动并驱动滑台移动，使滑台带动夹紧器上的碳纸以0.3mm/s的速度垂直降落至盛有聚四氟乙烯乳液的容器中。

(3)当碳纸标记处与聚四氟乙烯乳液面水平时，立即发送速度0.3mm/s使得电机正传，碳纸以0.3mm/s的速度垂直提升。

(4)当碳纸完全出了聚四氟乙烯乳液面后，取出，放置于高温烘箱内，调温度为90℃，3h后取出放在烧结炉中，在温度为440℃下烧结1h后取出，即可的到具有润湿梯度表面的碳纸。

实施例3

(1)将盛有浓度为10％聚四氟乙烯乳液的容器置于行程控制装置中；取长85mm×宽30mm碳纸，在距碳纸底端25mm处做好标记，将碳纸顶端装夹在夹紧器上。

(2)打开电机控制器，启动电机控制程序，输入电机速度0.17mm/s，发送速度使得电机反转；控制电机转动并驱动滑台移动，使滑台带动夹紧器上的碳纸以0.17mm/s的速度垂直降落至盛有聚四氟乙烯乳液的容器中。

(3)当碳纸记号处与聚四氟乙烯乳液面水平时，立即发送速度0.17mm/s使得电机正传，碳纸以0.17mm/s的速度垂直提升。

(4)当碳纸完全出了聚四氟乙烯乳液面后，取出，放置于高温烘箱内，调温度为90℃，3h后取出放在烧结炉中，在温度为440℃下烧结1h后取出，即可的到具有润湿梯度表面的碳纸。

如图2所示，使用注射器取2mm水滴，从疏水一端滴入到具有润湿梯度表面的碳纸表面，测得不同润湿梯度表面水滴滚动角度。