一种在铝基体上构建高精度极端润湿性图案的方法.pdf

本发明属于金属表面处理及光刻微加工领域，涉及一种在铝基体上构建高精度极端润湿性图案的方法。在铝基体超疏水表面上通过甩胶、光刻、显影和固化工艺使铝基体表面覆盖图案化的光刻胶，该光刻胶为正性光刻胶；对铝基体上未被光刻胶覆盖区域进行等离子体改性获得短期超亲水性；将等离子体改性后的铝基体置于沸水中浸泡10min以上，获得长期超亲水性；最后将铝基体浸入丙酮中10s以上去除表面光刻胶露出超疏水部分，即得到构建有高精度极端润湿性图案的铝基体。本发明设备及工艺简单，成本低廉，所构建的润湿性图案形状及尺寸精度高；所获得的超亲水图案具有较高的持久性，不易被破坏。

1.一种在铝基体上构建高精度极端润湿性图案的方法，其特征在于，步骤如下：
在铝基体超疏水表面上通过甩胶、光刻、显影和固化工艺使铝基体表面覆盖图案化的
光刻胶，该光刻胶为正性光刻胶；对铝基体上未被光刻胶覆盖区域进行等离子体改性获得
短期超亲水性；将等离子体改性后的铝基体置于沸水中浸泡10min以上，获得长期超亲水
性；最后将铝基体浸入丙酮中10s以上去除表面光刻胶露出超疏水部分，即得到构建有高精
度极端润湿性图案的铝基体。

一种在铝基体上构建高精度极端润湿性图案的方法

技术领域

本发明属于金属表面处理领域，具体涉及一种在铝基底上构建高精度极端润湿性
图案的方法。

背景技术

极端润湿性分为超亲液性和超疏液性，用液体与基体表面的接触角大小衡量。液
体与表面接触角大于150°时称为超疏液表面，接触角小于5°时称为超亲液表面。随着极端
润湿性研究的不断深入，研究人员发现基体在获得极端润湿性的同时也获得各种附加的优
异性能，例如超疏水表面通常具有自清洁、防结冰、防污、耐腐蚀等作用，超亲水表面可用于
油水分离，定向运输等。

近年来，同时具有超疏水区域和超亲水区域的极端润湿性图案因在微流体运输、
油水分离、冷凝水收集等领域显示出巨大的实际应用价值而受到广泛关注。目前国内外已
有多个有关极端润湿性图案的加工方法。申请号为CN200980156190的专利公开了一种利用
蚀刻技术实现图案化的方法，该方法是将刻蚀剂施加到基材表面，直接刻蚀出所需图形。但
刻蚀剂在基材表面易流动，会存在刻蚀过度或刻蚀不足的问题，导致刻蚀后的图案与所需
图案不符，精度较差。申请号为CN201610201644的专利公开了一种先利用光刻技术和化学
刻蚀技术实现图案化的方法，该方法先构造出楔形凸起，再用超疏水涂料喷涂在基体表面
使其获得超疏水性，最后通过砂纸机械打磨去除楔形凸起，露出楔形图案下方亲水性表面。
但上述方法是通过砂纸打磨材料表面实现图案化，在打磨过程中磨除楔形图案的同时，易
磨除楔形图案以外的超疏水表面，导致获得的图案与预期不符，降低图形精度。申请号为
CN201610008569的专利公开了一种利用电液束工艺加工具有高粘附微图案超疏水表面的
方法，通过调整电液束工艺中的主要参数(电解液浓度、喷射压力、加工时间和移动轨迹等)
加工出所需图案，再用低表面能物质修饰后可获得具有高粘附性的超疏水表面实现图案
化。但这种方法只能获得高粘附微图案，无法加工出超亲水图案，应用范围窄。

发明内容

为克服现有方法加工极端润湿性图案存在的缺点和难点，本发明提出一种构建高
精度极端润湿性图案的方法。

本发明的技术方案：

一种在铝基体上构建高精度极端润湿性图案的方法，步骤如下：

在铝基体超疏水表面上通过甩胶、光刻、显影和固化工艺使铝基体表面覆盖图案
化的光刻胶，该光刻胶为正性光刻胶；对铝基体上未被光刻胶覆盖区域进行等离子体改性
获得短期超亲水性；将等离子体改性后的铝基体置于沸水中浸泡10min以上，获得长期超亲
水性；最后将铝基体浸入丙酮中10s以上去除表面光刻胶露出超疏水部分，即得到构建有高
精度极端润湿性图案的铝基体。

本发明的有益效果：

(1)本发明技术工艺简单，无需依托昂贵的实验设备，成本低，制备效率高；

(2)本发明可通过设计掩膜图案，加工出复杂形状的极端润湿性图案，图案形状和
尺寸精度高；

(3)本发明获得的超亲水图案具有持久性，并且机械稳定性好；

附图说明

图1为本发明的工艺流程图。

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。

实施例1

在刻蚀并氟化处理的铝基体超疏水表面上旋涂正性光刻胶，其中光刻胶为BP212-
37S紫外正性光刻胶，低速旋涂速度和时间分别为400r/min、15s，高速旋涂速度和时间分别
为2000r/min、45s。对旋涂光刻胶的表面进行曝光、显影、固化处理使基体表面覆盖图案化
的光刻胶，其中显影时需施加超声振动；对显影后无光刻胶且裸露出超疏水基底的区域进
行等离子体表面改性获得短期超亲水性，其中等离子体射流为大气压冷等离子体射流，等
离子体射流发生器和被处理基底之间的距离为10mm，且冷等离子体射流垂直作用于铝超疏
水基底，氮气流量为10.0SLM，电源输出频率为60.0kHz，输出电压为2.4kV；将等离子处理后
的基体置于沸水中浸泡10min获得长期超亲水性，最后将基体浸入丙酮中10s去除表面光刻
胶即获得同时具有超疏水区域和超亲水区域且形状和尺寸精度较高的极端润湿性图案。