微机械制造-脉冲沉积复合构建仿生疏水耦合结构及演化机制研究

Changing the intimacy of metal and water , and making the metal not premature aging or failure in the long river of history, is the goal human has been pursuing long. Paint, alloy and nano-coating, people have been updating their own technology, but never go beyond the nature of the creature. Here, a bionic research that derives from the inspiration of excellent hydrophobic of nature biologiy is proposed. Which means composite technology (micro-mechanical manufacturing and pulsed deposition technology) is used to build micro-micro and micro-nano coupling structure based on hydrophobic properties of biology multi-structure coupling, and acquire excellent hydrophobic properties. This study uses engineering application as guiding, abandons conventional means of low-energy modification, with micromechanics to process micro-structure as substrate, and combines micro or nano structure coating from pulsed electrodeposition, optimizes the process and prepares micro-micro and micro-nano bionic coupling structure. The research includes 4 aspects: 1. the synergistic reaction mechanism of micro-mechanical manufacturing and pulsed deposition composite technology, 2. the active control and evolutionary mechanism of bionic coupling structure system, 3. the qualitative and quantitative relationship of bionic coupling structure and surface hydrophobic properties, 4. the hydrophobic mechanism and performance evaluation of bionic coupling structure. Expecte the implementation of this project will provide a theoretical basis and technical support for the hydrophobic properties of metal surface bionic coupling structure which is built by composite technology.

改变与水的亲密关系，让金属不在岁月的长河中过早的老化或失效，是人类长期以来一直追寻的目标。油漆、合金、纳米涂层，...，人们一直在更新着自己的技术手段，却从未超越大自然的造化。这里，一种源于自然生物优异疏水性灵感的仿生研究被提出。即基于生物多结构耦合疏水特性，在金属表面采用复合技术（微机械制造与脉冲沉积技术）构建微-微、微-纳耦合结构获得优异疏水特性。本研究以工程应用为导向、摒弃低能修饰常规手段，以微机械加工微小结构为基底，合并脉冲电沉积微/纳结构涂层，优化工艺，制备微-微、微-纳耦合仿生结构，研究：1. 微机械制造-脉冲沉积复合技术协同作用机理；2. 仿生耦合结构体系的主动控制与演化机制；3. 仿生耦合结构与表面疏水特性定性、定量关系；4. 仿生耦合结构疏水机理与性能评价。预期通过本项目的实施，为开发其它复合技术构建耦合微结构实现金属疏水性能的工艺研究，提供一些理论依据和技术支撑。

金属表面的疏水特性影响着多种表面和界面性能。直接构筑复合结构实现疏水特性是研究热点，并在航空航天航海等领域有广泛应用前景。本项目受仿生研究的启发，采用微机械-脉冲沉积复合技术在金属表面构筑疏水特性，主要研究：.① 基于典型生物体表疏水特性，建立了金属表面仿生疏水耦合结构双尺度和多尺度复合模型。双尺度结构更容易使亲水材料获得疏水特性，第Ⅱ级尺度的润湿状态不同，其疏水表面的某些性能也有差异；对于第Ⅰ、Ⅱ级尺度结构已经获得疏水状态的多尺度结构表面，第Ⅲ级尺度结构的存在，对其疏水状态具有放大作用，而且第Ⅲ级尺度所处的润湿状态不同会导致多尺度表面获得截然不同的性质。.② 研究了微机械制造（喷砂和激光加工）—脉冲沉积技术复合作用机制与特性，构筑了仿生疏水耦合结构体系，获得了微-微、微-纳耦合结构演变关系。项目组通过喷砂、脉冲沉积和激光技术复合获得了类芋叶、类“菜花状”和类玫瑰花瓣耦合结构，并均获得大于150°的超疏水特性。.③ 分析了仿生耦合结构与表面疏水性能评价关系，研究了微结构演化机制和微观结构对疏水特性贡献机理，采用不同复合技术试验验证了构筑的仿生表面双尺度和多尺度复合结构对疏水性的贡献特点。.④ 拓展研究了微机械制造（喷砂和激光加工）—脉冲沉积技术复合作用构筑仿生疏水耦合结构体系的表界面效应。采用复合加工方法制得的超疏水结构表面，同时展现出了耐腐蚀性，高粘附性，低粘附性和自清洁性等优异性能，这使得项目所研究获得的多功能表面在未来的使用领域中提供了多样的可能性。