Page 47 - 《精细化工》2021年第11期
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第 11 期 江 琦，等: 由特殊形貌基材构建的耐磨双疏表面研究进展 ·2193·
电化学刻蚀主要是将金属氧化溶解至电解液 此外，在底物表面涂敷光刻胶作为基材，利用
中，在金属表面获得粗糙结构，并不像化学刻蚀那 光刻技术在基材表面制备微柱状结构，也是制备机
样继续发生其他反应。因此，电化学刻蚀后的基材 械稳定的双疏表面的一种方法。LI 等 [26] 将光刻负胶
需要使用填料或者通过金属微纳结构的氧化来增加 作为基材，采用标准光刻工艺制成微柱阵列。将聚
粗糙度。电化学刻蚀适用的基材范围较小，但电化 集的纳米粒子引入到微柱阵列结构中，在纳米尺度
学刻蚀相对于化学刻蚀速度更快、更易于控制、不 上实现了局部结构表面粗糙度的增加，在微米尺度
使用刻蚀剂且可有效避免覆盖于微结构表面的沉 上则实现了高度有序的结构，从而制得基材微米结
淀，应用前景更为广阔。 构-表面粗糙度纳米结构相结合的双疏表面。实验测
2.3 激光加工 量了该微-纳结构和普通微-纳结构的疏液性能，发
作为规整微结构制备的特有手段，激光加工的 现基材微米-表面粗糙度纳米结构性能更佳，性能提
发展吸引了人们越来越多的关注。使用激光加工对 高的原因在于粗糙度的提高。该结构还具有超低的
基材表面进行处理，也成为提高双疏表面机械强度 固液结合力、良好的透明性和机械稳定性。ZHU 等 [42]
的有效方式。 采用光刻技术在光刻胶表面上刻印图形并溅射铝薄
YIN 等 [40] 采用飞秒激光直写技术，制备了机械 膜，制备了具有均匀微柱状结构的铝表面（图 9a、
稳定的双疏聚四氟乙烯表面。对于水、甘油、食用 b）。该表面经全氟烷基磷酸修饰后表现出对多种液
油和 1,2-二氯乙烷均表现出良好的润湿性，接触角 体的超排斥性，水、十六烷和十二烷接触角均>150°，
分别为 156.9°±1.2° 、 151.6°±1.3°、 146.8°±0.8°和 滑动角分别为 5°、10°和 10°。同时，该表面机械稳
148.7°±1.4°。研究了微结构相邻距离（AD）对水滴 定性良好。为了阐明基材表面质地对液体润湿性的
和油滴接触角和滑动角的影响。如图 8 所示，当 AD 影响，研究者采用 Wenzel 和 Cassie-Baxter 两种润
从 10 μm 增加到 30 μm 时，水滴和油滴接触角均没 湿模型进行讨论。如图 9c 所示，液滴界面张力（F）
有明显变化，而滑动角略有上升。随着 AD 的持续 向下，促使液体吸收到微结构中，液-固复合界面无
增加，两种液体的接触角开始减小，油滴的滑动角 法维持，这种情况下通常会导致完全湿润的接触。
开始显著增大。此外，可以观察到，可以在较宽的 另一方面，如图 9d 所示，F 向上，可以使液体在表
参数范围内实现液体低黏附的双疏性。同时，激光 面保持原有状态不被吸收到微结构中。因此，只有
处理的双疏聚四氟乙烯表面还具有良好的机械稳定 具有图 9d 所示的结构表面才能支撑液体-固体-蒸汽
性。王莉等 [41] 通过激光技术在锡青铜和轴承钢表面 复合界面。这一结论对其他技术条件下基材特殊表
制备了 3 种不同微结构形状的阵列，并使用疏油剂 面的构造也具有指导作用。
和疏水剂对金属表面进行低表面能处理，制备了两
种金属微结构双疏表面。摩擦性能测试表明，两种
具有微结构的双疏金属表面摩擦系数均比未处理过
的试样低，也说明同一种材料作基底制备双疏表面
时，带有微结构的双疏表面机械稳定性更好。结果
显示，当双疏金属表面具有圆形微凹坑阵列结构时，
减阻效果最优。
图 9 微柱状结构铝表面顶视（a）和剖面（b）的 SEM
图；相同基材上相同材料不同形貌微结构示意图
（c、d） [42]
Fig. 9 SEM images of top view (a) and profile (b) of the
图 8 微结构相邻距离对样品润湿性的影响 [40] derivatized Al surface；Microstructure of the same
Fig. 8 Influence of microstructure adjacent distance on sample material with different morphologies on the same
wettability [40] substrate (c, d) [42]
