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长三角G60激光联盟导读
通过飞秒激光烧蚀 ， 在不锈钢表面简单地生成了超润湿组织 。 当使用所制备的超疏水、水下超疏水和水下超疏水喷嘴释放液体和气体时 ， 释放的水滴、油滴和气泡的大小显著减小 。 也有效防止了针头开口处的液体滞留 。
摘要
通过简单的飞秒激光烧蚀 ， 在不锈钢表面形成了三层微结构 。 结构表面在空气中表现出超亲水性 ， 在水中表现出超疏水性/超疏水性 。 在进一步硬脂酸改性后 ， 表面变成超疏水性和水下超亲油性/超亲油性 。 通过这种技术 ， 针的喷嘴被改造成具有超润湿性 。 当喷嘴用于释放液体和气体时 ， 分配的水、油滴和气泡的尺寸显著减小 。 我们证明了水下超疏水喷嘴可以在不需要减小喷嘴直径的情况下分配纳升体积的气泡 。 也有效防止了针头开口处的液体滞留 。 因此 ， 液滴/气泡尺寸和截留率的减小使我们能够在水溶液和气体的操作和运输过程中显著提高体积精度和分辨率 。 飞秒激光诱导超湿润喷嘴可用于高分辨率液体传输、喷墨打印、3D打印、移液管、医疗设备、细胞工程、生物检测、微化学反应器和减少工业气体排放 。
1介绍
由于其广泛的应用领域 ， 如液体运输、喷墨打印、高分辨率三维打印、细胞工程、微反应器、生物分析、生物传感、能源生产、化学工程和环境修复等 ， 使得微小液滴(到微或纳米升尺度)和精细气泡的生成和操纵越来越受到人们的关注 。 科学界和工业界已作出重大努力 ， 通过减小喷嘴尺寸或借助特殊的驱动机构(如:液滴)来产生更小的液滴 。 然而 ， 传统的喷嘴和点胶方法仍然面临许多限制 。 此外 ， 如果将针头的喷嘴尺寸缩小到现有制造技术所规定的限度 ， 将很难进一步减少所分配液滴的体积 。 事实上 ， 液体在普通喷嘴上的粘附和保留是许多生物医学和化学应用中最严重的问题 ， 因为它们降低了体积精度 ， 增加了交叉污染的风险 。 为了克服上述问题 ， 最近在商用注射器针头表面涂覆了超疏水显微结构 ， 可以大大提高喷嘴喷洒微小水滴的能力 。
在自然界中 ， 许多动植物的表面都表现出各种特殊的润湿性 。 自然现象启发我们通过结合化学成分和分层的表面微/纳米结构来设计固体基底上的特殊润湿性 ， 并减少针形喷嘴与水滴/油滴/气泡之间的粘附 。
在这里 ， 我们开发了一种简单的方法 ， 通过飞秒激光处理来实现不锈钢表面不同的超润湿性 ， 包括在空气中的超疏水和超亲水性 ， 在水中的超疏油性、超亲油性、超疏氧性和超亲氧性 。 系统研究了不锈钢喷管表面超润湿性对喷管中水滴、水下油滴和水下气泡体积的影响 。 我们发现 ， 激光诱导的超疏水性、水下超疏油性和水下超疏氧性能够显著减小从结构喷嘴分离出的水滴、油滴和气泡的尺寸 ， 避免液体滞留在针口处 。
【飞秒激光处理后降低了粘附性: 超疏水、超疏油和超疏风】2结果和讨论
利用飞秒激光在不锈钢板表面和注射针头喷嘴上诱导微/纳米结构 。 飞秒激光处理后 ， 将样品浸入0.01?M硬脂酸乙醇溶液12?h降低表面能 。 一般来说 ， 金属表面在飞秒激光烧蚀过程中容易氧化 。 硬脂酸中的COOH基团可以吸附到激光烧蚀不锈钢的天然氧化物表面 ， 形成自组装单层 。
飞秒激光烧蚀使不锈钢表面的颜色从银灰色变为灰黑色（图?1a） 。 光吸收的显著增加意味着在飞秒激光处理下 ， 样品表面可能会形成粗糙的表面微观结构 。 图1b-f为不锈钢片经飞秒激光烧蚀(Λ=80 μm)后的表面扫描电镜(SEM)图像 。 微沟槽的谷底(图1d)和微尖峰的顶面(图1f)都被周期性纳米尺度波纹完全覆盖 ， 这是激光照射所具有的典型特征 ， 被称为激光诱导周期性表面结构(LIPSS) 。 LIPSS通常被认为是入射激光脉冲与前脉冲产生的散射切向波之间的干扰 。
图1激光烧蚀不锈钢板的表面形貌和反射光谱 。 （a）激光烧蚀不锈钢片的照片 。 （b ， c）激光诱导微槽阵列的30°倾斜视图SEM图像 。 （d）微槽谷底的微观结构 。 （e）相邻微槽之间脊的微观结构 。 （f）微尖峰顶面的微观结构 。 （g）制备样品表面微观结构的三维（3D）和横截面轮廓 。 （h）未处理和激光烧蚀不锈钢表面的反射光谱 。
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