具体实施方式

通过下述实施方式进一步说明本发明，应理解，下述实施方式仅用于说明本发明，而非限制本发明。在没有特殊说明的情况下，各百分含量指质量百分含量。

以下示例性说明本发明所述仿芭蕉叶的疏水防污岩板的制备方法。

紫外激光刻蚀陶瓷岩板表面形成微纳二级复合结构。该陶瓷岩板可为成品陶瓷岩板。成品陶瓷岩板(经过烧结)属于脆性材料，塑性较差，难以通过模具直接压制成型获得特殊微纳二级复合结构。通过紫外激光进行陶瓷岩板表面刻蚀的好处是紫外激光光束质量好，聚焦光斑极小，对陶瓷岩板进行超精细微纳结构加工时热影响区域极小，不会产生热效应，不会产生烧焦。

所述微纳二级复合结构包括微米级沟槽和附着于微米级沟槽的纳米级颗粒。通过紫外激光刻蚀能够同时在陶瓷岩板表面产生微米沟槽状和纳米颗粒结构的原因是：激光对陶瓷材料的作用包括光热作用和光化学作用。光热作用表现为激光能量被陶瓷材料吸收后材料温度升高，通过熔化、汽化等物理过程实现材料的分离。光化学作用表现为激光能量密度大于所加工材料的化学结合键能的特性促使激光光子能够直接打断材料的化学键进而使材料离解。若采用波长为1064nm的光纤激光进行刻蚀，陶瓷材料对近红外至远红外波段的光纤激光的吸收属于典型的热吸收，吸收激光之后迅速转换为热能使材料表面发生熔化，在去除材料的同时对材料的周边区域的热影响较大，从而使整个结构呈现熔融状态，导致冷却后材料表面没有出现明显的微结构。波段为355nm的紫外激光对陶瓷材料的加工主要属于光化学作用，使得材料化学键的打断速度大于其结合速度，材料加工区域的局部气压将会升高并使离解之后的材料迅速膨胀，最终以爆炸的形式脱离基体并且带走剩余的热量。紫外激光加工对周边材料的热影响区域非常小，得到的激光加工精度与表面质量较高，能够获得精细的微米沟槽状和纳米颗粒复合的微纳二级结构。其中微米沟槽状结构为设计图案，沟槽附着(边缘)的纳米颗粒结构则是由陶瓷材料微熔融飞溅后重新固化堆叠形成。

紫外激光刻蚀的加工参数可为：扫描速度100-250mm/s，加工次数2-8次，激光重复频率10-25kHz，功率为1-3W。紫外激光刻蚀的加工参数主要影响微纳二级复合结构的尺度从而影响润湿性和疏水效果。可以利用紫外激光器在岩板表面形成上述微纳二级复合结构。例如利用波长为355nm的紫外激光器在岩板表面刻蚀形成微纳二级复合结构。

所述微米级沟槽的宽度可为20-60μm。微米级沟槽由紫外激光器的光斑直径决定。相邻的微米级沟槽之间的间距100-250μm。相邻的微米级沟槽之间的间距由设计图案决定。一些实施方式中，所述纳米级颗粒的粒径为100-400nm。将微米级沟槽的宽度、相邻的微米级沟槽之间的间距和纳米级颗粒的粒径限定在上述范围，可以防止微结构尺度过小导致同等加工面积条件下加工时间较长，影响陶瓷岩板大规格制造的生产效率；也可以避免微结构尺度过大影响陶瓷岩板的装饰性，同时引起疏水效果降低。

陶瓷岩板的化学组成不受限制，采用本领域常用的陶瓷岩板配方即可。例如，所述陶瓷岩板的化学组成包括：以质量百分比计，SiO₂ 60-70％、Al₂O₃ 20-30％、K₂O 0-10％、Na₂O0-10％、CaO 1-3％、MgO 1-3％。同样地，所述陶瓷岩板的规格也不受限制。例如，所述陶瓷岩板的规格可为长300-900mm×宽300-900mm×高3-6mm。

将表面形成微纳二级复合结构的岩板进行清洗并干燥。清洗的目的是去除陶瓷岩板激光加工后残余的熔渣污物。例如将表面形成微纳二级复合结构的岩板在去离子水中超声清洗10-15min后干燥。干燥温度可为80-110℃，干燥时间可为15-40min。

将干燥后的岩板在含氟硅烷的乙醇溶液中浸泡以降低岩板表面能，但是这并没有在岩板表面形成低表面能涂层。这是因为氟硅烷主要以共价键形式结合在致密的岩板表面，因而难以形成连续涂层)。所述氟硅烷可为1H,1H,2H,2H-全氟癸基三乙氧基硅烷。

氟硅烷和乙醇的体积比为1:100-1:50。如此可以在控制成本的同时获得优异的疏水性能。

干燥后的岩板在含氟硅烷的乙醇溶液中的浸泡时间为3-4h。浸泡时间控制在该范围，可以获得良好的疏水效果，并有效控制时间成本。

取出浸泡完成后的岩板并再次进行干燥，获得仿芭蕉叶的疏水防污岩板。干燥温度为90-120℃，干燥时间为20-40min。

本发明所述仿芭蕉叶的疏水防污岩板的制备方法应用仿生学原理，以芭蕉叶为仿生对象，在岩板表面构建沟槽阵列微结构并经氟硅烷修饰，获得的岩板表面呈疏水状态且具有防污功能。

下面进一步例举实施例以详细说明本发明。同样应理解，以下实施例只用于对本发明进行进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，本领域的技术人员根据本发明的上述内容作出的一些非本质的改进和调整均属于本发明的保护范围。下述示例具体的工艺参数等也仅是合适范围中的一个示例，即本领域技术人员可以通过本文的说明做合适的范围内选择，而并非要限定于下文示例的具体数值。

实施例1

仿芭蕉叶的疏水防污岩板的制备方法包括以下步骤：

步骤(1)：利用紫外纳秒激光在岩板表面刻蚀加工形成微纳二级复合结构；所述微纳二级复合结构的微米级沟槽之间的间距为100μm；紫外纳秒激光加工参数为：激光扫描速率为150mm/s，加工次数为4次，功率1W；

步骤(2)：将激光刻蚀后的岩板采用去离子水超声波清洗10min，然后干燥；干燥温度为80℃，干燥时间为15min；

步骤(3)：干燥后的岩板泡浸入含1H,1H,2H,2H-全氟癸基三乙氧基硅烷的乙醇溶液中3h，1H,1H,2H,2H-全氟癸基三乙氧基硅烷和乙醇的体积比为1：100；

步骤(4)：将岩板取出并干燥，干燥温度90℃，干燥时间20min，获得仿芭蕉叶的疏水防污岩板。

静态接触角通过上海中晨C2000D1型接触角测量仪进行测量，滚动角通过倾斜板方法进行测量。测试用液滴的体积为6微升。在每个岩板样品表面随机选择区域进行六次测量，并取平均值作为测试结果以减小误差。所述芭蕉叶的疏水防污岩板以水为介质的静态接触角为146.5度，滚动角为19度。如图2所示，将疏水防污岩板倾斜，把老抽、生抽、耗油等滴落在瓷砖表面，老抽、生抽、耗油从岩板表面滚下，基本无残留。

实施例2

仿芭蕉叶的疏水防污岩板的制备方法包括以下步骤：

步骤(1)：利用紫外纳秒激光在岩板表面刻蚀加工形成微纳二级复合结构；所述微纳二级复合结构的微米级沟槽之间的间距为150μm；紫外纳秒激光加工参数为：激光扫描速率为100mm/s，加工次数为4次，功率2W；

步骤(2)：将激光刻蚀后的岩板采用去离子水超声波清洗10min，然后干燥；干燥温度为80℃，干燥时间为15min；

步骤(3)：干燥后的岩板泡浸入含1H,1H,2H,2H-全氟癸基三乙氧基硅烷的乙醇溶液中3.5h，1H,1H,2H,2H-全氟癸基三乙氧基硅烷和乙醇的体积比为1：80；

步骤(4)：将岩板取出并干燥，干燥温度为100℃，干燥时间为30min，获得仿芭蕉叶的疏水防污岩板。

所述仿芭蕉叶的疏水防污岩板以水为介质的静态接触角为152度，滚动角12度。将疏水防污岩板倾斜，把老抽、生抽、耗油等滴落在瓷砖表面，老抽、生抽、耗油从岩板表面滚下，基本无残留。

实施例3

仿芭蕉叶的疏水防污岩板的制备方法包括以下步骤：

步骤(1)：利用紫外纳秒激光在岩板表面刻蚀加工形成微纳二级复合结构；所述微纳二级复合结构的微米级沟槽之间的间距为150μm；紫外纳秒激光加工参数为：激光扫描速率为150mm/s，加工次数为8次，功率3W；

步骤(2)：将激光刻蚀后的岩板采用去离子水超声波清洗10min，然后干燥；干燥温度为80℃，干燥时间为15min；

步骤(3)：干燥后的岩板泡浸入含1H,1H,2H,2H-全氟癸基三乙氧基硅烷的乙醇溶液中4h，1H,1H,2H,2H-全氟癸基三乙氧基硅烷和乙醇的体积比为1：60；

步骤(4)：将岩板取出并干燥，干燥温度为120℃，干燥时间为40min，获得仿芭蕉叶的疏水防污岩板。

所述仿芭蕉叶的疏水防污岩板以水为介质的静态接触角为158度，滚动角10度。将疏水防污岩板倾斜，把老抽、生抽、耗油等滴落在瓷砖表面，老抽、生抽、耗油从岩板表面滚下，基本无残留。

对比例1

疏水岩板的制备方法包括以下步骤：

步骤(1)：利用光纤纳秒激光在岩板表面进行刻蚀加工；光纤纳秒激光加工参数为：激光扫描速率为150mm/s，加工次数为8次，功率为3W；

步骤(2)：将激光刻蚀后的岩板采用去离子水超声波清洗10min，然后干燥；干燥温度为80℃，干燥时间为15min；

步骤(3)：干燥后的岩板泡浸入含1H,1H,2H,2H-全氟癸基三乙氧基硅烷的乙醇溶液中4h，1H,1H,2H,2H-全氟癸基三乙氧基硅烷和乙醇的体积比为1：60；

步骤(4)：将岩板取出并干燥，干燥温度为100℃，干燥时间为20min，获得疏水岩板。

所述疏水岩板以水为介质的静态接触角为110度，水滴在上面不滚动。原因是采用波长为1064nm光纤激光进行刻蚀加工时，陶瓷材料对近红外至远红外波段的激光的吸收属于典型的热吸收，吸收激光之后迅速转换为热能，使表面发生熔化，在去除材料的同时对材料的周边区域的热影响较大，使整个结构呈现熔融状态，故刻蚀加工后岩板表面没有明显规则的微纳结构出现，仅起到了提高岩板表面粗糙度的效果，这无法赋予岩板良好的超疏水性能。

对比例2

疏水岩板的制备方法包括以下步骤：

步骤(1)：利用紫外纳秒激光在岩板表面刻蚀加工形成类芭蕉叶的微纳二级复合结构；所述微纳二级复合结构的微米级沟槽之间的间距为400μm；紫外纳秒激光加工参数为：激光扫描速率为300mm/s，加工次数为1次，功率3W；

步骤(2)：将激光刻蚀后的岩板采用去离子水超声波清洗10min，然后干燥；干燥温度为80℃，干燥时间为15min；

步骤(3)：干燥后的岩板泡浸入含1H,1H,2H,2H-全氟癸基三乙氧基硅烷的乙醇溶液中4h，1H,1H,2H,2H-全氟癸基三乙氧基硅烷和乙醇的体积比为1：60；

步骤(4)：将岩板取出并干燥，干燥温度为120℃，干燥时间为40min，获得疏水岩板。

所述疏水岩板以水为介质的静态接触角为123度，水滴在表面无法滚动。原因是沟槽状结构间距过大，激光扫描速率较快，加工次数较少，导致无法在岩板表面形成密布的微纳二级复合结构，使得岩板无法达到超疏水状态，也不具备相应的防污效果。

对比例3

疏水岩板的制备方法包括以下步骤：

步骤(1)：利用紫外纳秒激光在岩板表面刻蚀加工形成类芭蕉叶的微纳二级复合结构；所述微纳二级复合结构的微米级沟槽之间的间距为150μm；激光加工参数为激光扫描速率为150mm/s，加工次数为8次，功率3W；

步骤(2)：将激光刻蚀后的岩板采用去离子水超声波清洗10min，然后干燥；干燥温度为80℃，干燥时间为15min；

步骤(3)：在干燥后的岩板表面空气喷涂聚四氟乙烯涂料，聚四氟乙烯的喷涂量为100g/m²；

步骤(4)：对喷涂聚四氟乙烯涂料后的岩板进行干燥，干燥温度为120℃，干燥时间为20min，获得疏水岩板。

所述疏水岩板以水为介质的静态接触角为118度，水滴在表面无法滚动。采用喷涂聚四氟乙烯涂料的方式在降低岩板表面能的同时，聚四氟乙烯会在岩板表面形成薄膜，薄膜覆盖岩板表面激光加工出的仿芭蕉叶微纳复合结构，失去仿芭蕉叶微纳复合结构与低表面能物质的耦合，导致岩板无法达到超疏水状态，也不具备相应的防污效果。本发明在致密的岩板表面形成微纳二级复合结构，氟硅烷分子中的硅羟基与岩板表面的羟基发生脱水反应，使得氟硅烷分子以共价键的形式连接在岩板表面，使表面自由能进一步显著降低，能够获得具有超疏水特性的表面。