一種結構型浸潤梯度表面的製備裝置的製作方法
2023-05-17 23:58:07
本發明涉及材料製備技術領域，特別是涉及一種結構型浸潤梯度表面的製備裝置。
背景技術：
浸潤梯度表面是指表面浸潤性隨著表面位置的變化而連續變化的一種特殊梯度表面。由於特殊的浸潤性能，梯度表面可實現液體的定向輸送，從而在製藥、智能微流體器件等方面具有重要作用；同時，這種液體定向輸送不受重力條件的影響，因此可應用於航空航天及潛艇工程；藉助液滴的定向移動，蒸汽冷凝可形成穩定的滴狀冷凝，極大地強化冷凝換熱；另外，浸潤梯度可實現蛋白質和細胞的高效吸附和分離。因此，近年來，浸潤性梯度表面受到了材料、化工、能源動力及生物工程等領域的廣泛關注。
表面浸潤性主要由料化學成分及表面微觀結構共同決定，因此浸潤性梯度表面主要分為化學組成類浸潤性梯度表面和結構類浸潤性梯度表面。化學組成類浸潤性梯度表面是指表面化學組成或化學基團的含量隨表面位置的變化而呈梯度式變化，進而伴隨著表面浸潤性呈現梯度式變化的表面。其構造方法主要是擴散法，即利用物質擴散時，離源點越近，物質在基底的沉積則越多，離源點越遠，則物質沉積越少這一原理，讓某種化學元素在基體上形成濃度梯度，從而形成浸潤梯度。
結構型浸潤梯度表面是指表面微觀結構單元疏密程度呈梯度是變化，進而呈現出浸潤性梯度變化的表面。但是，沒有專用製造結構型浸潤梯度表面的製備裝置，不易製備，更不能進行定量控制和精細操縱，製備質量和精度較差。
綜上所述，如何有效地解決結構型浸潤梯度表面不易製備等問題，是目前本領域技術人員急需解決的問題。
技術實現要素：
本發明的目的是提供一種結構型浸潤梯度表面的製備裝置，該製備裝置有效地解決了結構型浸潤梯度表面不易製備等問題。
為解決上述技術問題，本發明提供如下技術方案：
一種結構型浸潤梯度表面的製備裝置，包括電鍍電源、裝有電鍍液的電鍍槽、浸入所述電鍍液中且分別與所述電鍍電源的陽極連接的陽極板和與所述電鍍電源的陰極連接的陰極板，所述陽極板與所述陰極板呈設定傾斜角度且所述陽極板與所述陰極板之間的間距隨極板布置方向呈連續梯度變化。
優選地，所述電鍍槽內設置有與所述電鍍槽底面垂直的陽極卡槽板和陰極卡槽板，所述陽極卡槽板與所述陰極卡槽板呈所述設定傾斜角度布置，所述陽極板所與述陰極板分別緊貼在所述陽極卡槽板與所述陰極卡槽板上。
優選地，所述陽極卡槽板和所述陰極卡槽板均能夠沿所述電鍍槽的鍍槽板移動；
所述陽極卡槽板或者所述陰極卡槽板開設有兩個分別將兩平行所述鍍槽板卡入卡口中的凹槽，兩個所述凹槽的內沿間距小於兩平行所述鍍槽板的間距。
優選地，所述陽極卡槽板或者所述陰極卡槽板與所述鍍槽板之間的夾角可調；
所述陽極卡槽板與所述鍍槽板之間的夾角為90°，所述陰極卡槽板與所述鍍槽板之間的夾角可調。
優選地，所述陽極卡槽板上開有兩個寬度相同的相同凹槽，且所述相同凹槽的寬度比所述鍍槽板的厚度大第一預設值；
所述陰極卡槽板上在遠離所述陽極板的一側開有寬凹槽，在靠近所述陽極板的一側開有窄凹槽，所述寬凹槽的寬度比所述鍍槽板的厚度大第二預設值，所述窄凹槽的寬度比所述鍍槽板的厚度大第三預設值，所述第二預設值大於所述第三預設值。
優選地，所述凹槽的外沿上開設有螺紋孔，所述螺紋孔內旋入有緊固螺栓，且所述緊固螺栓的端部抵接於所述鍍槽板上；
所述緊固螺栓末端設置有彈性墊片。
優選地，所述電鍍槽放置於磁力攪拌器上，所述電鍍液中放入與所述磁力攪拌器相配合的磁轉子，所述磁轉子速度通過調速旋鈕控制。
優選地，所述陽極板為可溶性金屬板，其化學元素與所述電鍍液中金屬陽離子元素相同。
優選地，所述陽極卡槽板、所述陰極卡槽板、所述電鍍槽的鍍槽板均為電絕緣板。
優選地，所述陽極板和所述陰極板通過鱷魚夾分別夾持在所述陽極卡槽板和所述陰極卡槽板上。
本發明所提供的結構型浸潤梯度表面的製備裝置，包括電鍍電源、電鍍槽、陽極板和陰極板，電鍍槽內裝有電鍍液，陽極板和陰極板浸入電鍍液中，且陽極板與電鍍電源的陽極連接，陰極板與電鍍電源的陰極連接，電鍍電源、陽極板、陰極板、電鍍液形成封閉電鍍電路。陽極板與陰極板呈設定傾斜角度，且陽極板與陰極板之間的間距隨極板布置方向呈連續梯度變化，電鍍時，陽極板和陰極板間加恆定電壓時，由於沿極板布置方向極板間距不同，導致電阻不同，從而電鍍電流沿極板布置方向連續梯度變化，而電鍍電流是影響電鍍層微觀結構緊緻程度的關鍵參數，在陰極板上電鍍生成的金屬顆粒大小與陽極板與陰極板之間的間距呈梯度變化，從而形成結構型浸潤梯度表面。電鍍完成後，陰極板上將布滿金屬顆粒，其化學成分與陽極板相同。金屬顆粒的密集程度在陰極板上呈梯度分布，不同位置處金屬顆粒大小及金屬顆粒間間距有所變化。舉例說明，僅以三個典型區域加以描述：距陽極板較近一端，由於極板間距小，電阻小，在相同電壓下，電鍍電流大，因此電鍍形成的金屬顆粒較粗，金屬顆粒間的間距較大，形成稀疏區。距陽極板較遠一端，則相反，電鍍電流小，形成的金屬顆粒較細且金屬顆粒間距較小，形成緻密區。在陰極板正中間，金屬顆粒較細且金屬顆粒間距適中，稱為密集區。
本發明所提供的結構型浸潤梯度表面的製備裝置通過陽極板與陰極板呈設定角度固定在電鍍液中，使電鍍電流在電極布置方向上連續變化，從而在陰極板上形成的金屬顆粒大小及疏密程度呈梯度變化的結構型浸潤梯度表面，製備過程簡單，結構簡單，易於實現，可通過調控電鍍參數、陽極板與陰極板間距及布置角度、陽極板化學成分等製備各類滿足實際工業需求的浸潤梯度表面，能進行定量控制和精細操縱，製備質量和精度較好，可廣泛應用於材料、化工、能源動力及生物工程等領域。
附圖說明
為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對於本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。
圖1為本發明中一種具體實施方式所提供的結構型浸潤梯度表面的製備裝置的結構示意圖；
圖2為圖1中陰極卡槽板的裝配示意圖；
圖3為製備後陰極板表面微觀結構示意圖。
附圖中標記如下：
1-電鍍電源、2-鱷魚夾、3-陽極板、4-陰極板、5-陽極卡槽板、6-陰極卡槽板、7-電鍍槽、8-電鍍液、9-磁轉子、10-磁力攪拌器、11-調速旋鈕、12-鍍槽板、13-寬凹槽、14-窄凹槽、15-緊固螺栓、16-螺紋孔、17-彈性墊片、18-金屬顆粒、19-稀疏區、20-密集區、21-緻密區。
具體實施方式
本發明的核心是提供一種結構型浸潤梯度表面的製備裝置，該製備裝置有效地解決了結構型浸潤梯度表面不易製備等問題。
下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本發明保護的範圍。
請參考圖1至圖3，圖1為本發明中一種具體實施方式所提供的結構型浸潤梯度表面的製備裝置的結構示意圖；圖2為圖1中陰極卡槽板的裝配示意圖；圖3為製備後陰極板表面微觀結構示意圖。
在一種具體實施方式中，本發明所提供的結構型浸潤梯度表面的製備裝置，包括電鍍電源1、電鍍槽7、陽極板3和陰極板4，電鍍槽7內裝有電鍍液8，比如電鍍液8採用0.4mol/L硫酸銅和0.5mol/L硫酸的混合水溶液，陽極板3和陰極板4浸入電鍍液8中，且陽極板3與電鍍電源1的陽極連接，陰極板4與電鍍電源1的陰極連接，比如電鍍電源1選用量程15V，30A的直流電源，陽極板3和陰極板4均採用紫銅材料，其外形尺寸相同，長70mm，寬60mm，厚3mm，並通過導電鱷魚夾2分別連接到電鍍電源1的正極、負極，電鍍電源1、陽極板3、陰極板4、電鍍液8形成封閉電鍍電路。陽極板3與陰極板4呈設定傾斜角度，且陽極板3與陰極板4之間的間距隨極板布置方向呈連續梯度變化，電鍍時，陽極板3和陰極板4間加恆定電壓時，由於沿極板布置方向極板間距不同，導致電阻不同，從而電鍍電流沿極板布置方向連續梯度變化，而電鍍電流是影響電鍍層微觀結構緊緻程度的關鍵參數，在陰極板4上電鍍生成的金屬顆粒18大小與陽極板3與陰極板4之間的間距呈梯度變化，從而形成結構型浸潤梯度表面。比如，陰極板4和陽極板3間距為80mm，傾角為60°，保持陰極板4和陽極板3間電壓為12V，電鍍4min後，即可在陰極板4上形成結構型浸潤梯度表面。電鍍完成後，陰極板4上將布滿金屬顆粒18，其化學成分與陽極板3相同。金屬顆粒18的密集程度在陰極板4上呈梯度分布，不同位置處金屬顆粒18大小及金屬顆粒18間間距有所變化。舉例說明，僅以三個典型區域加以描述：距陽極板3較近一端，由於極板間距小，電阻小，在相同電壓下，電鍍電流大，因此電鍍形成的金屬顆粒18較粗，金屬顆粒18間的間距較大，形成稀疏區19。距陽極板3較遠一端，則相反，電鍍電流小，形成的金屬顆粒18較細且金屬顆粒18間距較小，形成緻密區21。在陰極板4正中間，金屬顆粒18較細且金屬顆粒18間距適中，稱為密集區20。
本發明所提供的結構型浸潤梯度表面的製備裝置通過陽極板3與陰極板4呈設定角度固定在電鍍液8中，使電鍍電流在電極布置方向上連續變化，從而在陰極板4上形成的金屬顆粒18大小及疏密程度呈梯度變化的結構型浸潤梯度表面，製備過程簡單，結構簡單，易於實現，可通過調控電鍍參數、陽極板3與陰極板4間距及布置角度、陽極板3化學成分等製備各類滿足實際工業需求的浸潤梯度表面，能進行定量控制和精細操縱，製備質量和精度較好，可廣泛應用於材料、化工、能源動力及生物工程等領域。
上述結構型浸潤梯度表面的製備裝置僅是一種優選方案，具體並不局限於此，在此基礎上可根據實際需要做出具有針對性的調整，從而得到不同的實施方式，電鍍槽7內設置有陽極卡槽板5和陰極卡槽板6，陽極卡槽板5和陰極卡槽板6與電鍍槽7底面垂直，陽極卡槽板5與陰極卡槽板6呈設定傾斜角度布置，陽極板3所與述陰極板4分別緊貼在陽極卡槽板5與陰極卡槽板6上，比如陽極板3和陰極板4通過鱷魚夾2分別夾持在陽極卡槽板5和陰極卡槽板6上，固定方便，使極板在電鍍液8中實現懸掛與定位，通過調整陽極卡槽板5與陰極卡槽板6之間設定傾斜角度，來調整陽極板3與陰極板4呈設定傾斜角度，調整方便，易於操作。
在上述具體實施方式的基礎上，本領域技術人員可以根據具體場合的不同，對結構型浸潤梯度表面的製備裝置進行若干改變，陽極卡槽板5和陰極卡槽板6均能夠沿電鍍槽7的鍍槽板12自由移動，以調整節陽極板3與陰極板4的間距，適應不同金屬電鍍及調控梯度表面浸潤性的梯度變化程度。陽極卡槽板5和陰極卡槽板6可以同時移動，調整更加靈活；也可以一個固定，移動另外一個，調整方式較簡單，具體形式不受限制，可以根據具體使用情況而定。
具體地說，陽極卡槽板5或者陰極卡槽板6開設有兩個凹槽，兩個凹槽的內沿間距小於兩平行鍍槽板12的間距，兩個凹槽的外沿間距大於兩平行鍍槽板12的間距，兩個凹槽分別將兩平行鍍槽板12卡入卡口中，沿鍍槽板12移動，結構簡單，易於加工，便於操作。需要說明的是，電鍍槽7具有兩平行鍍槽板12，電鍍槽7可以為距形槽，比如內側長238mm，寬63mm，高125mm的距形槽，由五塊有機玻璃板拼接而成，其中與陽極板3垂直的兩塊鍍槽板12厚5.7mm。
顯然，在這種思想的指導下，本領域的技術人員可以根據具體場合的不同對上述具體實施方式進行若干改變，陽極卡槽板5或者陰極卡槽板6與鍍槽板12之間的夾角可調，以調節陽極板3與陰極板4的相對傾斜角度，適應不同金屬電鍍及調控梯度表面浸潤性的梯度變化程度。
具體地說，陽極卡槽板5與鍍槽板12之間的夾角為90°，陽極卡槽板5與鍍槽板12垂直，此時陽極卡槽板5與鍍槽板12的角度固定，陽極卡槽板5與陰極卡槽板6的角度通過調整陰極卡槽板6與鍍槽板12之間的夾角，調整方式相對簡單，易於操作。
需要特別指出的是，本發明所提供的結構型浸潤梯度表面的製備裝置不應被限制於此種情形，陽極卡槽板5上開有兩個寬度相同的相同凹槽，且相同凹槽的寬度比鍍槽板12的厚度大第一預設值，此時陽極卡槽板5可以沿鍍槽板12移動，固定陽極卡槽板5與鍍槽板12的角度，簡化調整方式。
陰極卡槽板6上在遠離陽極板3的一側開有寬凹槽13，在靠近陽極板3的一側開有窄凹槽14，寬凹槽13的寬度比鍍槽板12的厚度大第二預設值，窄凹槽14的寬度比鍍槽板12的厚度大第三預設值，第二預設值大於第三預設值。也就是說，離陽極板3較遠的一側，凹槽寬度遠大於鍍槽板12的厚度，稱為寬凹槽13，以保證陰極板4卡槽板傾斜放置後該凹槽仍能將鍍槽板12包含在卡口中。離陽極板3較近的一側，凹槽寬度略大於鍍槽板12的厚度即可，稱為窄凹槽14。且寬凹槽13與窄凹槽14內沿間距小於兩鍍槽板12間距，即電鍍槽7的寬度。使用時，將陰極卡槽板6在鍍槽板12上移動到合適的位置，並調整陰極卡槽板6與鍍槽板12的夾角，結構簡單，易於調整。
需要說明的是，陰極卡槽板6與鍍槽板12之間的夾角不受限制，比如可調範圍為30°～90°之間任意值，包括端點值，比如，寬凹槽13寬度遠大於鍍槽板12，為75mm；窄凹槽14寬度略大於鍍槽板12的厚度，為21mm，而兩凹槽內沿間距59mm。根據幾何距離計算，當陰極卡槽板6卡入鍍槽板12時，陰極卡槽板6卡入鍍槽板12的夾角範圍為30°～90°。可調範圍為30°～90°，調整角度較大，可以適應不同金屬電鍍及調控梯度表面浸潤性的梯度變化程度，梯度表面浸潤性的梯度變化程度較大。
對於上述各個實施例中的結構型浸潤梯度表面的製備裝置，凹槽的外沿上開設有螺紋孔16，螺紋孔16內旋入有緊固螺栓15，也就是緊固螺栓15旋入凹槽外沿上的螺紋孔16，且緊固螺栓15的端部抵接於鍍槽板12上，固定陽極卡槽板5或者陰極卡槽板6的位置。
緊固螺栓15末端設置有彈性墊片17，緊固螺栓15的端部抵接於鍍槽板12上時緊固螺栓15與鍍槽板12間夾持柔軟的橡膠材質的彈性墊片17，彈性墊片17與緊固螺栓15端部及鍍槽板12貼合，從而在牢固安裝卡槽的同時，防止鍍槽板12被緊固螺栓15擠碎。
為了進一步優化上述技術方案，電鍍槽7放置於磁力攪拌器10上，電鍍液8中放入與磁力攪拌器10相配合的磁轉子9，磁轉子9速度通過調速旋鈕11控制，從而實現磁轉子9對電鍍液88進行攪拌，以保證極板間電鍍液8濃度均勻，防止電鍍液8中離子濃度空間分布不均影響陰極板4梯度表面微觀結構，保證質量。
在上述各個具體實施例的基礎上，陽極板3為可溶性金屬板，其化學元素與電鍍液8中金屬陽離子元素相同，從而保證電鍍液8中金屬離子濃度、PH值等性質恆定，使電鍍過程處於準穩態，避免電鍍液8物理化學性質隨時間變化影響陰極板4結構梯度表面電鍍質量。比如陽極板3及電鍍液8中金屬陽離子元素均為銅，電鍍過程將處於準穩態，不需要補充任何化學試劑，避免了電鍍液8物理化學性質隨時間變化對陰極板4上電鍍質量的影響。
本發明所提供的另一創造性思想在於，陽極卡槽板5、陰極卡槽板6、電鍍槽7的鍍槽板12均為電絕緣板，陽極卡槽板5、陰極卡槽板6、鍍槽板12均採用電絕緣材料，以防止漏電，保證電鍍操作者人身安全。
優選地，陽極卡槽板5、陰極卡槽板6、鍍槽板12均為透明有機玻璃板，陽極卡槽板55、陰極卡槽板6以及鍍槽板12均採用透明有機玻璃材質，防止漏電的同時可從側面透過電鍍槽7觀察極板上的電鍍反應情況。
在上述各個具體實施例的基礎上，陽極板3和陰極板4通過鱷魚夾2分別夾持在陽極卡槽板5和陰極卡槽板6上，固定方便，使極板在電鍍液8中實現懸掛與定位。
在本發明的描述中，需要說明的是，術語內、外等指示的方位或位置關係為基於附圖所示的方位或位置關係，僅是為了便於描述本發明和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構造和操作，因此不能理解為對本發明的限制。
本說明書中各個實施例採用遞進的方式描述，每個實施例重點說明的都是與其他實施例的不同之處，各個實施例之間相同相似部分互相參見即可。
對所公開的實施例的上述說明，使本領域專業技術人員能夠實現或使用本發明。對這些實施例的多種修改對本領域的專業技術人員來說將是顯而易見的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本發明的精神或範圍的情況下，在其它實施例中實現。因此，本發明將不會被限制於本文所示的這些實施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點相一致的最寬的範圍。