本发明涉及一种利用硅藻土酸蚀成型反应对生物表面形貌进行逼真复制以制作仿生复合功能结构体的工艺方法，更特别地说，是指一种利用硅藻土酸蚀制作仿生复合功能结构体的工艺。
背景技术：
许多生物体在长期的进化过程中逐渐形成了具有独特结构和功能特性的生物复合结构。例如，荷叶表面除了具有微米尺度的乳突状生物非光滑形貌外，还具有纳米尺度的生物蜡分泌结构，二者的叠加作用使得荷叶具备可防止水滴和污垢附着的超疏水性生物脱附功能，称为“荷叶效应”；鲨鱼表皮除了具有微米尺度的沟槽状生物非光滑形貌外，其鳞下还具有纳米尺度的减阻液分泌结构，二者的耦合作用使得鲨鱼皮具备出色的形貌与界面复合减阻功能，称为“鲨鱼皮效应”。对上述生物复合功能结构进行仿生制造以制备各种仿生复合功能结构体，对于提高人造产品性能、促进经济社会发展具有重要意义。
硅藻土是古代活体硅藻的生物残骸，其主要成分是二氧化硅，其颗粒形状复杂多样、尺度为微米级，颗粒本身为轻质多孔结构，纳米级孔隙结构贯通颗粒整体。鉴于硅藻土具有上述材质和结构特性，这使得其具有大比表面积、高孔隙度、高吸附性、高缓释性、低密度、耐高温、耐腐蚀等优点。考虑到硅藻土的二氧化硅成分，其颗粒在氢氟酸酸蚀作用下彼此间产生键合，进而可以在模具约束下固化成型为复杂、轻质、多孔结构体，这为制备兼具表面仿生非光滑形貌与内部吸附缓释通道的仿生复合功能结构体提供了一种有效途径。
当前，有关借助硅藻土与氢氟酸进行化学反应制备功能结构特别是仿生复合功能结构体的方法已有报道。例如专利号为ZL201010033700.2的中国专利提供了一种硅藻壳体或硅藻土与玻璃的键合方法，专利号为ZL201110261728.6、ZL201110261667.3、ZL201110261739.4、ZL201110261738.X、ZL201110261678.1的中国专利介绍了多种借助硅藻土与氢氟酸进行酸蚀或热压键合反应制备仿鲨鱼复合减阻结构的工艺方法。但上述专利所提供的硅藻土酸蚀工艺存在如下不足：（1）所需反应温度较高，多在400℃以上；（2）外来压力始终作用于酸蚀反应全程，这极易对反应后期最为关键的硅藻壳体间键合过程造成应力破坏；（3）缺乏必要的硅藻土常温、低浓度预酸蚀过程，硅藻土中非定型二氧化硅无法达到良好键合状态；（4）酸蚀后部分硅藻土颗粒间键合不完全，部分硅藻土颗粒处于离散状态，致使制成品总体机械强度不高，严重制约其实用效果和预期寿命。
技术实现要素：
本发明的目的在于，提供一种利用硅藻土酸蚀制作仿生复合功能结构体的工艺，以解决上述技术问题。该工艺经过硅藻土深度提纯处理、硅藻土氢氟酸常温预酸蚀、硅藻土氢氟酸超声有压热酸蚀、硅藻土氢氟酸真空无压热酸蚀、聚乙烯醇雾化浸润强化结构体等流程，便可制作出具有一定实用强度的仿生复合功能结构体。
本发明所解决的技术问题可以采用以下技术方案来实现：利用硅藻土酸蚀制作仿生复合功能结构体的工艺，包括有下列步骤。
第一步：硅藻土深度提纯处理
（A）将市售高纯硅藻土置于玻璃容器内，按照每1g硅藻土添加25ml～30ml去离子水的用量加入去离子水，在功率100W～150W、工作频率25KHz～40KHz的条件下超声清洗20min～30min后，使用孔径为5μm～20μm的滤布进行分离，过滤得到第一上层物；
（B）将第一上层物置于玻璃容器内，按照每1g第一上层物添加30ml～40ml硫酸的用量加入质量百分比浓度为60%～75%的硫酸，在功率100W～150W、工作频率25KHz～40KHz的条件下超声清洗20min～30min后，使用孔径为5μm～20μm的滤布进行分离，过滤得到第二上层物；
（C）将第二上层物置于玻璃容器内，按照每1g第二上层物添加50ml～60ml 去离子水的用量加入去离子水，在功率150W～200W、工作频率25KHz～40KHz的条件下超声清洗20min～30min后，使用孔径为5μm的滤布进行分离，过滤得到第三上层物；步骤（C）为去除杂质和硫酸处理，重复进行此操作的次数为2～3次；
（D）将第三上层物在80℃～100℃温度下干燥5h～7h，制得深度提纯硅藻土。
第二步：硅藻土氢氟酸常温预酸蚀
（A）将经第一步深度提纯处理制得的深度提纯硅藻土置于塑料容器内，加入质量百分比浓度为5%～10%的氢氟酸并充分搅拌混合，静置40min～50min后去掉上层清液，得到硅藻土质量百分比为80%～90%的第一混合物；
（B）将第一混合物在60℃～75℃温度下干燥3h～5h，制得含水率为5%～10%的第二混合物。
第三步：硅藻土氢氟酸超声有压热酸蚀
（A）将经第二步常温预酸蚀制得的第二混合物置于塑料容器内，按照每1g第二混合物添加5ml～10ml 氢氟酸的用量加入质量百分比浓度为40%的氢氟酸并充分搅拌混合，制得第一反应物；
（B）将第一反应物摊平放置于温度保持在60℃～90℃、底部安装有仿生表面阴模板的压力容器内，使第一反应物与仿生表面阴模板上有阴模结构的一面充分接触，保持第一反应物的初始厚度为10㎜～20㎜，按照每1cm2单位面积上施加50N～100N压力的计算方法给第一反应物施加恒定压力1h～2h，同时在功率100W～150W、频率25KHz～30KHz的条件下给第一反应物施加超声振动25min～30min。
第四步：硅藻土氢氟酸真空无压热酸蚀
（A）卸掉压力容器内的压力和超声振动，将经第三步超声有压热酸蚀后的第一反应物连同与其紧密接触的仿生表面阴模板缓慢冷却至室温；
（B）将冷却后的第一反应物连同与其紧密接触的仿生表面阴模板从压力容器内整体取出并置于真空干燥箱内，然后在1×10-1Pa～1×10-3Pa真空条件下保持60℃～90℃恒温加热3h～5h。
第五步：聚乙烯醇雾化浸润强化结构体
（A）在65℃～70℃恒温水浴下配制聚乙烯醇饱和水溶液，进而将聚乙烯醇饱和水溶液雾化，制得聚乙烯醇弥雾；
（B）将经第四步真空无压热酸蚀后的第一反应物连同与其紧密接触的仿生表面阴模板整体置于温度保持在70℃～80℃的密闭容器内，将步骤（A）制得的聚乙烯醇弥雾持续通入到该密闭容器中，对第一反应物浸润3h～5h；
（C）将第一反应物连同与其紧密接触的仿生表面阴模板整体置于干燥箱内，在80℃～90℃条件下恒温干燥3h～5h，然后冷却至室温后将第一反应物与仿生表面阴模板剥离，剥离后的第一反应物便是强化后的仿生复合功能结构体。
所述仿生表面阴模板是仿鱼体表面阴模板、仿昆虫表面阴模板、仿植物表面阴模板中的一种。
所制得的强化后的仿生复合功能结构体既在结构体表层保有仿生表面阳模微结构，又在结构体内部保有酸蚀成型且有一定机械强度的硅藻土缓释微渗孔隙结构。
本发明与现有技术相比，具有如下优点：（1）聚乙烯醇雾化浸润过程的施加，对酸蚀后部分键合不完全或处于离散状态的硅藻土颗粒起到了强化粘接的作用，有利于仿生复合功能结构体制成品总体机械强度的提高，进而促进其实用效果和预期寿命；（2）所需反应温度较低，多在100℃以下，工艺可操作性有效提高；（3）外来压力不是始终作用于酸蚀反应全程，这避免了反应后期对硅藻壳体间键合过程的应力破坏；（4）硅藻土常温、低浓度氢氟酸预酸蚀过程的施加，有利于硅藻土中非定型二氧化硅达到良好键合状态。
附图说明
图1是利用硅藻土酸蚀制作仿生复合功能结构体的工艺流程框图。
具体实施方式
下面将结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。
参见图1所示，本发明是一种利用硅藻土酸蚀制作仿生复合功能结构体的工艺，包括有下列工艺步骤。
第一步：硅藻土深度提纯处理
（A）将市售高纯硅藻土置于玻璃容器内，按照每1g硅藻土添加25ml去离子水的用量加入去离子水，在功率150W、工作频率40KHz的条件下超声清洗30min后，使用孔径为5μm的滤布进行分离，过滤得到第一上层物；
（B）将第一上层物置于玻璃容器内，按照每1g第一上层物添加30ml硫酸的用量加入质量百分比浓度为60%的硫酸，在功率100W、工作频率25KHz的条件下超声清洗30min后，使用孔径为5μm的滤布进行分离，过滤得到第二上层物；
（C）将第二上层物置于玻璃容器内，按照每1g第二上层物添加50ml去离子水的用量加入去离子水，在功率150W、工作频率25KHz的条件下超声清洗30min后，使用孔径为5μm的滤布进行分离，过滤得到第三上层物；为去除杂质和硫酸处理，重复进行步骤（C）3次；
（D）将第三上层物在80℃温度下干燥7h，制得深度提纯硅藻土。
第二步：硅藻土氢氟酸常温预酸蚀
（A）将经第一步深度提纯处理制得的深度提纯硅藻土置于塑料容器内，加入质量百分比浓度为10%的氢氟酸并充分搅拌混合，静置40min后去掉上层清液，得到硅藻土质量百分比为80%的第一混合物；
（B）将第一混合物在60℃温度下干燥5h，制得含水率为5%的第二混合物。
第三步：硅藻土氢氟酸超声有压热酸蚀
（A）将经第二步常温预酸蚀制得的第二混合物置于塑料容器内，按照每1g第二混合物添加10ml 氢氟酸的用量加入质量百分比浓度为40%的氢氟酸并充分搅拌混合，制得第一反应物；
（B）将第一反应物摊平放置于温度保持在80℃、底部安装有仿鲨鱼表面阴模板的压力容器内，使第一反应物与仿鲨鱼表面阴模板上有仿鲨鱼鳞片阴模结构的一面充分接触，保持第一反应物的初始厚度为20㎜，按照每1cm2单位面积上施加100N压力的计算方法给第一反应物施加恒定压力2h，同时在功率100W、频率25KHz的条件下给第一反应物施加超声振动25min。
第四步：硅藻土氢氟酸真空无压热酸蚀
（A）卸掉压力容器内的压力和超声振动，将经第三步超声有压热酸蚀后的第一反应物连同与其紧密接触的仿鲨鱼表面阴模板缓慢冷却至室温；
（B）将冷却后的第一反应物连同与其紧密接触的仿鲨鱼表面阴模板从压力容器内整体取出并置于真空干燥箱内，然后在1×10-1Pa真空条件下保持70℃恒温加热4h。
第五步：聚乙烯醇雾化浸润强化结构体
（A）在65℃恒温水浴下配制聚乙烯醇饱和水溶液，进而将聚乙烯醇饱和水溶液雾化，制得聚乙烯醇弥雾；
（B）将经第四步真空无压热酸蚀后的第一反应物连同与其紧密接触的仿鲨鱼表面阴模板整体置于温度保持在70℃的密闭容器内，将步骤（A）制得的聚乙烯醇弥雾持续通入到该密闭容器中，对第一反应物浸润5h；
（C）将第一反应物连同与其紧密接触的仿鲨鱼表面阴模板整体置于干燥箱内，在80℃条件下恒温干燥5h，然后冷却至室温后将第一反应物与仿鲨鱼表面阴模板剥离，剥离后的第一反应物便是强化后的仿鲨鱼复合功能结构体。
所述仿鲨鱼复合功能结构体既在结构体表层保有仿鲨鱼鳞片阳模微结构，又在结构体内部保有酸蚀成型且有一定机械强度的硅藻土缓释微渗孔隙结构。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以显示和描述本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点，所属领域的普通技术人员应当了解，本发明不受上述实施例的限制，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。