激光加工是将激光束照射到工件的表面，以激光的高能量来切除、熔化材料以及改变物体表面性能。由于激光加工是无接触式加工，工具不会与工件的表面直接摩擦产生阻力，所以激光加工的速度极快、加工对象受热影响的范围较小而且不会产生噪音。由于激光束的能量和光束的移动速度均可调节，因此激光加工可应用到不同层面和范围上。
自然界中诸多生物均拥有优越的力学性能，最出众的代表就是壁虎。壁虎足底是一种多分级、多纤维状表面的结构，壁虎的每个脚趾生有数百万根细小刚毛，每根刚毛的长度约为30～130μm，直径为数微米(人类头发直径的1/10)，刚毛的末端又分叉形成数百根更细小的铲状绒毛(100～1000根)，每根绒毛长度及宽度方向的尺寸约为200nm，厚度约为5nm。壁虎不仅具有各向异性高粘附，还能在爬行中实现足底刚毛粘附、脱附状态的快速切换。此外壁虎刚毛还具有优异的自清洁性能，能适应不同粗糙度的表面，具有广泛性。
目前，仿壁虎足底刚毛结构表面(即仿生干粘合结构表面)的制备方法大多与化学相关，可以分为两种类型：(1)蚀刻和铸造，即将聚合物浇注到蚀刻模具中然后脱模；(2)气相生长，主要使用cvd(低压气相沉积)来制造纳米管或纳米线。前一种方法通常包括准备基材，旋涂，烘烤，曝光，显影等一系列复杂的程序，需要在洁净室内处理。气相生长，过程是昂贵复杂的，并且样品表现出不明显的正常粘附。此外，用这些方法制作的仿壁虎足底表面结构的大小通常从毫米到几厘米不等。一个更大的表面只能通过小块的组合来实现，这可能会导致错位的问题。有许多干粘合表面，但是由于低产量，高成本的制造工艺，其中很少成功地用于工程。因此，需要简单和低成本的制造技术来促进仿壁虎足底表面在工业中的应用。
技术实现要素：
针对上述现有技术的不足，本发明提供了一种激光直接刻蚀金属制备干粘合结构表面的方法。
本发明提供的技术方案如下：
一种激光直接刻蚀金属制备干粘合结构表面的方法，包括以下步骤：
(1)准备金属基片和金属箔，所述金属基片和金属箔的表面粗糙度ra值均小于3.2μm，金属基片厚度大于1mm，金属箔厚度范围为0.002mm～0.2mm；所述金属箔具有柔韧性，金属基片表面为可展表面；
(2)仿照壁虎刚毛结构设计若干根刚毛，将所述若干根刚毛按点阵排布方式设计排布在金属基片上，形成人造金属刚毛点阵；所述人造金属刚毛点阵所在的区域即为待加工的干粘合结构图形区域；
(3)分别在金属基片和金属箔表面制备超疏水微结构；
(4)将金属箔贴合固定在金属基片表面，要求金属箔完全覆盖金属基片上待加工的干粘合结构图形区域；
(5)采用激光精细点焊工艺，将金属箔与金属基片按人造金属刚毛点阵进行锚点焊接，要求焊点处形成冶金结合；所述锚点是指人造金属刚毛与金属基片的结合点；
(6)采用脉冲激光精细刻蚀工艺，按照人造金属刚毛点阵的人造金属刚毛轮廓图形，对金属箔进行人造金属刚毛轮廓切割，即通过多遍重复刻蚀将金属箔完全穿透至金属基片表面；在刻蚀过程中，由于激光辐照的热应力作用，将使得人造金属刚毛除锚点处外发生自动翘曲而部分脱离金属基片表面，金属箔剩余材料则完全脱离金属基片表面；当所有人造金属刚毛轮廓图形均刻蚀完成后即形成簇状人造金属刚毛阵列，从而完成了金属干粘合结构表面的制备。
本发明具有如下有益效果：
1、本发明设计了一种基于激光多道组合加工制备仿壁虎足底刚毛结构的干粘合结构表面，所制备的结构为任意图形点阵排布的水平方向翘曲呈一定倾斜角的微纳米级簇状人造金属刚毛，金属基片和刚毛表面利用脉冲激光刻蚀诱导产生丰富的微纳米层级结构，基于该结构的仿壁虎足底结构金属表面能实现高粘附、易脱附、自清洁和超疏水性能。
2、传统的化学沉积、蚀刻再铸造、电化学聚合等方法均无法实现任意基底、任意图形化定制的人造刚毛结构，本发明完全采用图形化激光扫描加工工艺方法，使得金属基片、金属箔的超疏水微结构图形精细可控，也使得最终的人造金属刚毛可为任意设计图形结构(刚毛形状、尺寸均可任意定制，多个刚毛之间也可互相不同)，并且对基底形状是否为平面无要求，具有更高的工业应用价值。
3、本发明针对金属材质制备金属干粘合结构表面，突破了传统方法难以对金属进行微结构加工的难点；金属材料有良好的金属性能，其中包括强度、硬度、耐磨、延展性和切削性等，利用金属箔材料制备的微纳米级结构具有一定倾斜角且有良好的回弹性，能适应不同表面的粘附，保证了微纳米级结构的稳定，避免微纳米结构被压扁或倒塌造成的失稳现象；金属材料的选择性广泛，不受材料性质的约束，包括铝，铁，镍，钢等，极大地拓宽了材料的选择空间。
4、本发明利用高功率的皮秒或纳秒激光烧蚀金属材料表面形成周期性的微纳米结构配合低自由能的物质的表面修饰剂而制备的仿壁虎足底的高粘附超疏水金属表面，工艺简单，易于实现，微纳米结构参数如微米级突出形式、周期、深度均可调节，从而实现对最终粘附性的调节，具有良好的灵活性和可设计性。
5、与光刻掩膜辅助电化学腐蚀方法、利用聚合物材料电化学聚合制备纳米材料的方法和化学气相沉积生长出纳米结构的方法，本发明不需要制作掩膜板，也不需要电化学聚合进行电极的化学过程，甚者化学沉积这样的过程复杂且昂贵的制备方法，而是利用激光直接刻蚀的方法，加工工艺简单、方便快捷，加工效率很高。
6、本发明可实现大面积制备仿壁虎足底刚毛结构的干粘合结构表面，与以往化学沉积、电化学合成和铸模方法相比，更能适应工业中结构大面积制备的实际需求，突破了使用小面积拼接成大面积的方法，避免拼接错位问题的发生；
7、本发明方法是绿色制造，相比以往结合化学工艺的制备方法，本方法不产生废水废气，节约资源。
附图说明
图1为本发明所述方法的流程图；
图2为人造金属刚毛点阵设计图；
图3为微柱型超疏水微结构示意图；
图4为微孔型超疏水微结构示意图；
图5为微沟槽型超疏水微结构示意图；
图6为簇状人造金属刚毛阵列示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细的说明。
如图1所示，本发明提供了一种激光直接刻蚀金属制备干粘合结构表面的方法，具体包括以下步骤：
(1)材料准备：所述材料包括金属基片1和金属箔2；金属基片1和金属箔2的材质为不锈钢、铜合金或铝合金等(二者可以材质不同)；要求金属基片1和金属箔2的表面粗糙度ra值均小于3.2μm，金属基片1厚度大于1mm，金属箔2厚度范围0.002mm～0.2mm；要求金属箔2具有柔韧性，金属基片1表面形状为可展表面，亦即金属箔2能够贴合覆盖金属基片1上设计待加工的干粘合结构图形区域。典型的金属基片1和金属箔2组合为平面不锈钢基片和铜箔。
(2)仿照壁虎刚毛结构设计若干根刚毛，将所述若干根刚毛按点阵排布方式设计排布在金属基片1上，形成人造金属刚毛点阵(如图2所示)；所述人造金属刚毛点阵所在的区域即为待加工的干粘合结构图形区域。
(3)分别在金属基片1和金属箔2表面制备超疏水微结构。
具体包括：
(3.1)采用脉冲激光束在金属基片1表面待加工的干粘合结构图形区域内刻蚀微结构；如图3～5所示所述微结构可以为微柱、微孔、微沟槽等典型超疏水微结构；之后采用雾化喷涂或旋涂等方式在金属基片的激光刻蚀微结构区域制备低表面能化学修饰剂膜层(膜层厚度小于2μm)，从而使得激光刻蚀微结构区域具有超疏水性能，不妨对应称之为超疏水微结构；所述低表面能化学修饰剂包括硅氧烷类、巯基类、脂肪酸类和部分芳香族化合物等；所述超疏水性能指水滴静态接触角大于150度；
(3.2)采用脉冲激光束在金属箔2的正反两面刻蚀微结构(微结构可选样式同上)，并采用雾化喷涂或旋涂等方式在金属箔的激光刻蚀微结构区域制备低表面能化学修饰剂膜层(膜层厚度小于1μm)，从而使得金属箔双面的激光刻蚀微结构区域具有超疏水性能，即超疏水微结构；
优选的，对于以铜合金为材质的铜箔，还可以不用雾化喷涂或旋涂等方式在金属箔的激光刻蚀微结构区域制备低表面能化学修饰剂膜层，而是采用乙醇辅助低温退火工艺快速实现超疏水性能，具体方法原理为：在激光刻蚀铜表面的时候，熔池中的铜原子极易与空气中的氧气发生化学反应，生成cuo，而cuo是一种亲水且不稳定的材料。为了制备超疏水表面，把刻蚀好的铜板放在加热平板上，在110℃下退火2.5小时，退火的过程中每隔30min向铜板上滴加无水乙醇。根据化学反应方程式(1)和(2)，在乙醇辅助的低温退火下，亲水的cuo可以快速的转变为稳定的、疏水的cu2o，且在样品表面会有疏水的有机物形成。而在自然条件下，在基底上生成疏水的cu2o和有机物通常需要几周时间。
12cuo+ch3ch2oh→6cu2o+2co2+3h2o(式1)
6cu2o+ch3ch2oh→12cu+2co2+3h2o(式2)
优选的，将制备了超疏水微结构的金属基片或金属箔置于200度以下低温烘烤10分钟以上，以增强低表面能化学修饰剂膜层与金属基片/金属箔之间的结合力；
优选的，所述脉冲激光束为脉宽小于100皮秒的超快激光，以获得更好的“冷加工”刻蚀工艺效果；
(4)将金属箔2与金属基片1进行贴合固定，要求金属箔2完全覆盖金属基片1上待加工的干粘合结构图形区域；
(5)采用激光精细点焊工艺，将金属箔2与金属基片1按人造金属刚毛点阵进行锚点焊接，要求焊点处形成冶金结合，焊点尺寸小于0.1mm2；所述人造金属刚毛点阵是指在金属基片1上预先设计的干粘合结构图形区域内，仿照壁虎足底刚毛结构的形状、尺寸和布局方式，排布设计若干人造金属刚毛，从而得到人造金属刚毛点阵；所述锚点即人造金属刚毛与金属基片1的结合点；
优选的，激光精细点焊所用激光束可为纳秒脉冲激光束或连续激光束；
(6)采用脉冲激光精细刻蚀工艺，按照人造金属刚毛点阵的人造金属刚毛轮廓图形，对金属箔2进行人造金属刚毛轮廓切割，即通过多遍重复刻蚀将金属箔2完全穿透至金属基片1表面；在刻蚀过程中，由于激光辐照的热应力作用，将使得人造金属刚毛除锚点处外发生自动翘曲而部分脱离金属基片表面，金属箔剩余材料则完全脱离金属基片表面(可被吹气去除)；当所有人造金属刚毛轮廓图形均刻蚀完成后即形成簇状人造金属刚毛阵列(如图6所示)；
至此，金属干粘合结构表面的制备结束。
优选的，可以将第(6)步之后的工件置于超声波清洗容器内，容器加入水，启动超声波清洗振动，以去除干净金属箔剩余材料，并使得簇状人造金属刚毛阵列完全站立更高。
本发明可改变为多种方式对本领域的技术人员是显而易见的，这样的改变不认为脱离本发明的范围。所有这样的对所述领域的技术人员显而易见的修改，将包括在本权利要求的范围之内。