齿槽表面多级微织构构筑及其润湿机理

目的使外科手术器械表面具有超疏水功能,有效防止感染,解决医疗器械的清洁问题,降低设备维护成本。方法通过电火花线切割(WEDM)复合纳秒激光烧蚀在3Cr13不锈钢表面制备了亚毫米/微米多级复合织构表面,随后在表面上制备了1H,1H,2H,2H-全氟癸基三乙氧基硅烷溶液(PFDS)自组装超疏水涂层。利用台式扫描电镜和激光共聚焦显微镜观察复合织构表面形貌特征,使用接触角测量仪对水滴与复合织构表面的接触状态进行观察,并测量水滴的接触角与滚动角。利用表界面张力仪对多级织构表面黏附力进行表征。结果微米沟槽在亚毫米齿槽斜面上均布且不同高度的沟槽形状一致,方向与齿槽平行。水滴与齿槽阵列表面为Wenzel模型接触,水滴与多级结构表面为Cassie-Baxter模型接触。齿槽阵列试样最大黏附力为164.1μN,最小黏附力为123.5μN,多级织构试样的黏附力分别为77.2、47、24.1μN。结论微米沟槽的存在改变了水滴接触状态,在亚毫米尺度上水滴与表面的接触状态由Wenzel状态转为Cassie-Baxter状态,有效改善了水滴的接触性能与滚动性能。多级织构试样齿槽顶角的减小,有效减小了固液接触面积,水滴接触角最大为163.2°。