3.2可控油粘附
超亲油的表面状鱼鳞显示出非常大的OCA和对油滴的超低粘附力,通常具有很强的抗油能力。还有一些表面显示出非常大的CA,但对液滴的粘附性非常高。例如,红色玫瑰花瓣是超疏水的,而水滴可以牢固地附着在玫瑰花瓣上。与鱼鳞相反,如果超亲油表面的油粘附力非常高而不是超低,则油滴将能够粘附到表面,无论基材以任何角度倾斜。这种高粘合表面可用于输送小油滴,而不会造成任何体积损失。由于在操纵靶材料上的油滴方面的重要应用,显示出对油滴可控粘附(从低到高)的多功能超亲油表面吸引了研究人员越来越多的兴趣。
Yong等人通过飞秒激光以不同的激光扫描速度和扫描线的位移对玻片表面进行烧蚀,制备了不同的水下超疏油表面,如图13所示。对于扫描速度为2 mm s 1,扫描线位移为2µm的样品,其表面由自组织的周期性微岛组成(图13a)。每个微岛都进一步装饰有大量纳米尺度的多孔结构和突起(图13b,c)。这种微纳米级的分层结构不同于典型的激光脉冲诱导的类微坑结构,因为每个激光脉冲烧蚀的相邻区域有很强的重叠。在水介质中,制备表面的油滴几乎呈球形,OCA为160.5 2 (图13a插图)。因此,表面表现出水下超疏油性。此外,水下油滴与基材之间的附着力很低。测量的OSA仅为3.5 (图13b插图)。当激光扫描速度增加到4 mm s 1,激光烧蚀过程中扫描线的位移增加到4 μ m时,形成的表面呈波状(图13e,f)。这种微图形是由激光脉冲诱导的陨石坑部分重叠和相互连接造成的。同时,整个表面也均匀覆盖了一层直径几十纳米的纳米颗粒(图13g)。在动态方面,即使样品是垂直或倒置的,油滴也能紧紧地钉在这样的表面上(图13j,k插图)。结果表明,该表面在水中不仅具有超强的疏油性,而且对油滴具有超强的粘附性。因此,通过增加扫描速度和扫描线的位移,可以将飞秒激光烧蚀表面的油黏附率从极低调整到很高。
图13 飞秒激光烧蚀载玻片表面的表面微结构和水下超疏水性。
Hoo等人提出了一种简单的方法,以获得对油滴具有可调粘附力的水下超疏水图案化玻片表面。所得图案化微结构包括两个不同的域:未处理的平坦裸圆和圆周围的飞秒激光诱导的粗糙微结构,如图14a-d所示。飞秒激光烧蚀某些特殊区域,以生成一种分级粗糙微观结构(图14b插图)。粗糙表面由大小为 10µm。微岛表面进一步覆盖了大量堆积或零星的纳米颗粒,使微岛看起来疏松多孔。未被激光烧蚀的剩余区域最终形成周期性中心圆阵列。在水中,平面玻璃载玻片表面上的油液滴显示出100 的OCA和非常高的油粘附力,这显示出普通的疏油性。油滴与玻璃基板完全接触。
图14 飞秒激光诱导中心圆阵列图案的可控油粘附。中心圆阵列图案的SEM图像。
3.3水下各向异性油润湿性
具有明显各向异性微结构的纹理表面上的液滴通常沿不同方向具有不相等的CAs和SA,导致液滴拉长。这种现象被称为各向异性润湿性。各向异性润湿性在选择性自清洁、微流体、液体泵、液滴操纵、智能设备等方面有着广泛的应用。尽管在各种纹理基底上实现了空气中各向异性水润湿性,但与油滴各向异性润湿性能相关的报告仍然有限。
最近,Yong等人在飞秒激光诱导的微槽结构表面上实现了水下各向异性油润湿性。微槽阵列通过硅衬底上的简单逐行飞秒激光扫描工艺生成。与制备上述均匀微结构不同,本实验中相邻扫描线的位移设置得足够大,以使微槽彼此分离。图15a显示了所得表面的SEM图像。粗糙的周期性微槽宽度为8µm,深度为5µm。每个微槽由一系列微材料组成,并在其内壁和外缘上进一步装饰有大量不规则纳米颗粒(图15a插图)。微槽阵列的周期(D)可以通过扫描线的间隔容易地改变。