皮秒激光制备大面积荷叶结构及其硅橡胶超疏水性压印研究.docxVIP

皮秒激光制备大面积荷叶结构及其硅橡胶超疏水性压印研究林澄钟敏霖 范培迅 龙江游 龚鼎为 张红军（清华大学材料学院激光材料加工研究中心先进成形制造教育部重点实验室，北京 １０００８４）摘要超疏水自清洁荷叶结构表面有重要应用潜力。运用高功率皮秒激光结合高速扫描振镜，在 Ｈ１３模具钢表面高效制备了密排六方点阵微米级凹坑，其中含有丰富的纳米级亚结构，获得了面积为２５ｍｍ×２５ ｍｍ 的 反 荷 叶 结构。将该结构用于超疏水微纳米压印模板，在１６５ ℃、６ ＭＰａ、大气环境中进行硅橡胶压印，获得大面积微米级突起 阵列，表面分布着纳米级亚结构，与荷叶结构十分相似。 压印后硅橡胶表面接触角达到 １５３．３°，接触角滞后值为 ３．２°，实现了超疏水性。皮秒激光制备的模板能进行连续压印，具有一定的耐久性和连续压印能力。关键词 激光光学；皮秒激光；微纳米复合结构；微纳米压印；硅橡胶；超疏水性中图分类号文献标识码ｄｏｉ：１０．３７８８／ＣＪＬ２０１４４１．０９０３００７ＴＮ２４９ＡＰｉｃｏｓｅｃｏｎｄＬａｓｅｒＦａｂｒｉｃａｔｉｏｎｏｆＬａｒｇｅ－ＡｒｅａＳｕｒｆａｃｅＭｉｃｒｏ－ＮａｎｏＬｏｔｕｓ－ＬｅａｆＳｔｒｕｃｔｕｒｅｓａｎｄＲｅｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆＳｕｐｅｒｈｙｄｒｏｐｈｏｂｉｃＳｉｌｉｃｏｎｅＲｕｂｂｅｒＳｕｒｆａｃｅｓＬｉｎＣｈｅｎｇ ＺｈｏｎｇＭｉｎｌｉｎ ＦａｎＰｅｉｘｕｎ ＬｏｎｇＪｉａｎｇｙｏｕ ＧｏｎｇＤｉｎｇｗｅｉ ＺｈａｎｇＨｏｎｇｊｕｎ（ＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｆｏｒＡｄｖａｎｃｅｄ ＭａｔｅｒｉａｌｓＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇ，ＭｉｎｉｓｔｒｙｏｆＥｄｕｃａｔｉｏｎ，ＬａｓｅｒＭａｔｅｒｉａｌｓＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇＲｅｓｅａｒｃｈＣｅｎｔｒｅ，ＳｃｈｏｏｌｏｆＭａｔｅｒｉａｌｓＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＴｓｉｎｇｈｕａＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０００８４，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ Ｔｈｅｓｅｌｆ－ｃｌｅａｎｉｎｇｌｏｔｕｓ－ｌｅａｆ－ｌｉｋｅｓｕｐｅｒｈｙｄｒｏｐｈｏｂｉｃｓｕｒｆａｃｅｓａｒｅｏｆｇｒｅａｔｉｍｐｏｒｔａｎｃｅｆｏｒｖａｒｉｏｕｓｐｏｔｅｎｔｉａｌａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ．Ｍｉｃｒｏｃｒａｔｅｒｓｉｎｈｅｘａｇｏｎａｌｍａｔｒｉｘｗｉｔｈｎａｎｏｓｕｂｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓａｒｅｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙｆａｂｒｉｃａｔｅｄｏｎｍｏｌｄｓｔｅｅｌ（Ｈ１３）ｗｉｔｈａｎａｒｅａｏｆ２５ ｍｍ×２５ ｍｍ ｂｙ ｍｅａｎｓｏｆａｈｉｇｈ－ｐｏｗｅｒｐｉｃｏｓｅｃｏｎｄｌａｓｅｒｉｎｃｏｏｐｅｒａｔｅｄ ｗｉｔｈａｈｉｇｈ－ｓｐｅｅｄｇａｌｖｏｓｃａｎｎｅｒ．Ｔｈｉｓｋｉｎｄｏｆ ｍｉｃｒｏ－ｎａｎｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｄ Ｈ１３ｓｕｒｆａｃｅｉｓｕｓｅｄａｓａ ｍｉｃｒｏ－ｎａｎｏｉｍｐｒｉｎｔｉｎｇ ｍａｓｔｅｒｆｏｒｒｅｐｌｉｃａｔｉｎｇ ｓｕｐｅｒｈｙｄｒｏｐｈｏｂｉｃｓｉｌｉｃｏｎｅｒｕｂｂｅｒｓｕｒｆａｃｅｓｕｎｄｅｒ１６５ ℃，６ ＭＰａｉｎａｍｂｉｅｎｔａｉｒ．Ｍｉｃｒｏｐｒｏｔｕｂｅｒａｎｃｅｓｄｅｃｏｒａｔｅｄｂｙｎａｎｏ ｓｕｂｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ，ｓｉｍｉｌａｒｔｏｔｈｏｓｅｏｆｌｏｔｕｓｌｅａｆ，ａｒｅｆｏｒｍｅｄｏｎｔｏｔｈｅｐｒｉｎｔｅｄｓｕｒｆａｃｅｓｏｆｓｉｌｉｃｏｎｅｒｕｂｂｅｒ，ｔｒａｎｓｆｏｒｍｉｎｇｔｈｅ ｒｕｂｂｅｒｓｕｒｆａｃｅｓｔｏｂｅｓｕｐｅｒｈｙｄｒｏｐｈｏｂｉｃｗｉｔｈａｃｏｎｔａｃｔａｎｇｌｅｏｆ１５３．３°ａｎｄａｃｏｎｔａｃｔａｎｇｌｅｈｙｓｔｅｒｅｓｉｓｏｆ３．２°．Ｔｈｅ ｐｉｃｏｓｅｃｏｎｄｌａｓｅｒｆａｂｒｉｃａｔｅｄｍｉｃｒｏ－ｎａｎｏｔｅｍｐｌａｔｅｉｓｃａｐａｂｌｅｆｏｒｒｅｐｅａｔｅｄｉｍｐｒｉｎｔｉｎｇｗｉｔｈｇｏｏｄｄｕｒａｂｉｌｉｔｙ．Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ ｌａｓｅｒｏｐｔｉｃｓ；ｐｉｃｏｓｅｃｏｎｄｌａｓｅｒ；ｍｉｃｒｏ／ｎａｎｏ ｈｉｅｒａｒｃｈｉｃａｌｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ；ｍｉｃｒｏ／ｎａｎｏｉｍｐｒｉｎｔｉｎｇ；ｓｉｌｉｃｏｎｅ ｒｕｂｂｅｒ；ｓｕｐｅｒｈｙｄｒｏｐｈｏｂｉｃｉｔｙＯＣＩＳｃｏｄｅｓ １４０．７０９０；１４０．３３９０；１６０．３９００；１６０．５４７０引言应”［１］。荷叶表面存在着多重的微米和纳米结构，由平均尺 寸 约 为 １０μｍ 的 微 米 凸 起 和 直 径 为 １００～２００ｎｍ 的纳米级蜡丝构成，这种结构将水与界面的面接触转变为水与微纳米结构凸起的点接触，在微１荷叶具有 “出 污 泥 而 不 染”的超疏水自清洁功 能，２０ 世 纪 ７０ 年 代 德 国 波 恩 大 学 植 物 学 家Ｂａｒｔｈｌｏｔｔ教 授仔细观察和研究 了 这 种 “荷 叶 效收稿日期：２０