液态金属汞在硅片表面的润湿行为研究北大核心CSCD

针对常温下的液体在固体表面的润湿行为研究。以液态金属汞为研究对象,采用真空等离子体刻蚀工艺制备不同表面形貌的硅片,研究不同硅片的润湿行为,并探究了液滴体积对润湿性的影响。利用金相电子显微镜、白光干涉三维形貌仪以及接触角测量仪分别对不同硅片的表面形貌、表面粗糙度以及润湿行为进行了测量与表征。结果表明:当液滴体积相同时,随硅片表面粗糙度Sa增大,接触角增大;当液滴体积为1μL,表面粗糙度为257.01μm时,测得静态接触角达到最大,为158.3°;而在同一形貌的硅片表面,当液滴体积由1增加到4μL时,硅片表面的接触角呈现逐渐减小的趋势,在致密的网状结构硅片表面,接触角减小的幅度最大,达到11.6°。为今后研究汞在不用材料表面的润湿行为具有一定的参考意义。     

聚丙烯中空纤维膜疏水性能测试方法研究

采用切线法测量聚丙烯中空纤维膜的静态接触角,考察实验条件如平衡时间、滴液体积以及环境温湿度对膜接触角的影响,根据相对标准偏差确定接触角测试条件.在此基础上,采用原子力显微镜进行膜表面形貌表征,测量并比较聚丙烯初生纤维和商品膜的接触角,分析表面粗糙度对膜疏水性能的影响.结果表明,当液滴体积小于0.1μL,避免了液滴重力对接触角的影响,环境温湿度和平衡时间是影响测量结果的主要因素.规则的微孔结构使膜表面粗糙度增大,形成毛细效应,有效阻止了液滴铺展和滑移,膜疏水性能显著提高.当液滴体积为0.04μL,环境温度为(20±2)℃,湿度为(25±4)%~(65±4)%,液滴平衡时间为15s,膜接触角为111.2°~107.8°,相对标准偏差小于5%.     

基于格子Boltzmann方法的疏水表面润湿性数值模拟

润湿性对固体表面上液体的各种动力学行为具有重要影响,疏水表面的特殊润湿性是其在减阻、降噪、防污等领域有着广泛应用前景的根本原因。基于Shan-Chen模型的格子Boltzmann方法对疏水表面润湿性进行数值模拟,获得了材料属性和微形貌对疏水表面润湿性的影响规律。研究表明,要使疏水表面处于Cassie-Baxter润湿状态,微形貌高度必须大于某一临界值,而当疏水表面一旦处于Cassie-Baxter润湿状态后,继续增加微形貌高度也不会提高其疏水性能;疏水表面的表观接触角随气液界面分数先增大后减小,且存在一个最佳的气液界面分数使表观接触角达到最大。     

水基多碳链醇自润湿流体界面特性研究

自润湿流体自发润湿高温端的特性在强化传热领域具有广阔的应用前景。对水基多碳链醇自润湿流体的气-液界面特性和固-液界面特性进行研究。选择随着碳原子数增加的正丁醇、正戊醇和正庚醇，制备了不同浓度的自润湿流体。并对紫铜表面进行了不同加工方式的抛光打磨来研究自润湿流体的界面特性。结果表明：随着温度升高，高碳醇水溶液的表面张力先减小后增大，呈抛物线型。并且能够显著地降低水溶液的表面张力，在20～80℃范围内，7%丁醇水溶液表面张力平均降低了58%,2%戊醇水溶液平均降低了47%,0.1%庚醇水溶液平均降低了33%。固-液界面特性研究结果表明，在丁醇浓度<5%时，接触角随粗糙度的变化规律符合Wenzel模型预期。而当丁醇浓度≥5%时，Wenzel模型不能正确反映接触角随粗糙度的变化规律，且随着浓度的增加误差越大。此外，单向打磨紫铜表面，液滴出现形变现象。表现出明显的各向异性润湿特性，导致平槽接触角小于垂槽接触角。总之，随着水基多碳链醇自润湿流体浓度的增大和碳原子数的增加，其润湿性越好。     

外加电压对明胶膜液荷电与润湿性能的影响及其预测模型

目的 探究不同荷质比明胶溶液的润湿性能,并建立预测模型。方法 以明胶可食涂膜为研究对象,利用感应荷电施加外源静电场以改善膜液润湿性能,探究电场电压对明胶液滴荷质比与表面张力,以及液滴在疏水表面接触角的影响,并通过机器学习建立荷质比与表面张力/接触角之间预测模型。结果 随着电压升高,明胶液滴荷质比不断增大,且仅以司盘20为表面活性剂（tw0组）时液滴具有最高的荷质比（-50 nC/g）。在0～7 kV内,明胶液滴的表面张力随电压升高从35.99～40.65 mN/m降至31.38～35.65 mN/m,其中tw0组表面张力下降最为明显。明胶液滴在石蜡表面的接触角也随电压升高而减小,在表面活性剂吐温20与司盘20质量比为1∶1时具有最小值,即电压7 kV时接触角为64.99°。深度神经网络预测模型决定系数接近于1,均方误差小于0.08,平均绝对误差小于0.15,具有最好的预测效果。结论 静电喷涂能够有效改善膜液在食品表面的润湿性能,利用深度神经网络能够建立膜液液滴荷质比与表面张力/接触角的良好预测模型。     

Ti6Al4V表面纹理制备及其润湿性

采用激光加工技术在Ti6Al4V表面分别加工直线、网格和具有规则点阵状结构的表面纹理,采用自组装技术制备自组装分子膜。采用扫描电镜、形貌分析仪和接触角测量仪对成膜后的钛合金表面进行形貌和接触角的表征与测量。结果表明,通过激光加工和沉积自组装分子膜,可显著增大Ti6Al4V的水接触角。其中直线纹理的试样表面水接触角可达124.8°,网格纹理的试样表面接触角可达126.1°,点阵状纹理的试样表面接触角可达151.6°。表面接触角与表面粗糙度相关,随着表面粗糙度值的增大,接触角呈增大趋势,当表面粗糙度>4μm时,接触角均>150°,形成超疏水表面。     

液滴表面张力对煤尘润湿影响的数值模拟和实验研究

针对矿井煤尘难以润湿的特点,考虑到煤尘与液滴间分子作用力和煤尘表面渗流的特性,采用格子Boltzmann方法(LBM),从减小液滴表面张力方面对煤尘润湿接触角和润湿时间进行数值模拟,同时实验测定煤尘的润湿性。结果表明:LBM数值模拟和润湿实验得到的规律一致,减小液滴表面张力能够大幅度地提高煤尘润湿性,当表面张力减小到小于25 m N/m时,煤尘表现为完全润湿;通过实验测试不同表面张力的液滴与降尘效率的关系,煤尘润湿性越好,降尘效率越高,进一步验证了LBM数值模拟的合理性。     

基于激光加工和自组装技术硅基底超疏水表面的制备

利用激光在硅基底上加工具有规则点阵结构的表面纹理,采用自组装技术在此硅表面制备全氟辛烷基三氯硅烷自组装分子膜。采用扫描电子显微镜和表面形貌仪对硅试样表面进行形貌分析,采用接触角测量仪测量试样的接触角。结果表明,激光加工后的硅试样表面纹理深度和表面粗糙度均随激光加工间距的增加而逐渐变大,试样表面的去除量随光照时间的增加而增大。通过激光加工和沉积自组装分子膜,硅试样表面的水接触角显著增大,最大可达到156°,且试样的水接触角随激光加工间距的减少而增大。试样接触角测量值与Cassie模型预测值相一致,当点阵直径与加工间距比0.510时,硅试样表面为超疏水表面。     

硅硼玻璃在可伐合金表面的润湿规律

采用座滴法研究硅硼玻璃在分别具有FeO和FeO+Fe_3O_4氧化膜的可伐合金表面1000℃保温不同时间的润湿规律.用数码显微镜测量硅硼玻璃在可伐合金表面的接触角和润湿直径,用SEM研究晕圈的表面形貌以及玻璃和金属的截面形貌,并用能谱分析不同晕圈处的化学成分.结果表明:随着润湿时间的延长,玻璃在具有FeO和FeO+Fe_3O_4氧化膜的可伐合金表面的接触角不断减小并最终分别在25°和23°趋于稳定.可以观察到,在润湿过程中,熔融玻璃周围存在两个晕圈,可以根据接触角、晕圈和润湿直径的变化将润湿过程分成润湿初始期、润湿铺展期和润湿稳定期三个阶段.     

纯钛表面处理及其耐腐蚀性和润湿性研究

探讨不同酸蚀条件对纯钛片的腐蚀速率、润湿性的影响及其腐蚀机理,旨在为纯钛表面改性及临床应用提供实验和理论依据。采用不同类型的弱酸酸蚀体系对经抛光的纯钛片进行表面处理;视频光学接触角测量仪、扫描电子显微镜和表面粗糙度仪考察所得钛片表面性能,并分析其与润湿性关系。实验表明,接触角不断增大的同时,腐蚀速率逐渐减小。纯钛片表面的润湿性主要取决于表面形成的特殊形貌和表面基团,与表面粗糙度无直接关系。     

疏水/超疏水硅表面的制备及液滴的运动特性

以硅为基底,采用反应离子刻蚀技术和自组装技术制备疏水/超疏水表面,测量各表面的静态接触角和滚动角,借助高速摄像系统分析液滴滴落到不同硅表面的运动特性。结果表明,微柱高度不同,接触角随微柱间距的变化规律不同;滚动角随微柱高度的增加而增大,随微柱间距的增加而减小。对于液滴在其上能够发生滚动的硅表面,当水平放置时,液滴滴落后,铺展系数和回弹系数均随着跳动次数的增加逐渐减小,且滚动角越大,其减小速度越快;当硅表面倾斜放置时,若倾斜角小于滚动角,液滴滴落后的跳动距离越来越小,且滚动角越大,跳动距离减小的速度越快;若倾斜角大于滚动角,则液滴跳动距离越来越大,但滚动角越大,跳动距离增大的速度越小。     

超疏水表面融霜演化行为及排液特性

及时脱除热力除霜后冷表面残留液滴,可以延缓二次结霜。本文对室温环境下超疏水表面融霜演化行为进行了微观可视化观测,对比分析了表面倾角对裸铝表面(接触角88. 0°)及超疏水表面(接触角151. 1°)融霜排液的影响。实验结果表明,水平超疏水表面融霜过程存在单液膜卷曲收缩及多液滴合并两种行为,较大的静态接触角及较小的接触角滞后是促使多液滴合并的主要原因。与倾斜裸表面融霜过程存在大量残留液滴不同,超疏水表面融霜液可实现自排除;当表面倾角>30°时,超疏水表面排液率可达90%以上。结合表面润湿特性及表面倾角推导出表面液滴临界脱落半径,与实验结果吻合较好。     

交流作用下液滴在派瑞林薄膜表面的润湿特性研究

针对微流系统中液滴精确操控的问题,本文基于能量最低原理和正交实验设计,对比分析了交流电压、介电层厚度、交流电频率等因素对氯化钠液滴在派瑞林薄膜表面电润湿行为的影响。经理论分析与实验测试,结果表明:在同一厚度的派瑞林薄膜表面,接触角会随着交流电压的增加呈抛物线减小的变化趋势,直至趋于饱和;薄膜厚度在0.5～5μm范围内变化时,饱和电压会随着厚度的增加成线性关系逐渐升高,由25增至65 V;当交流电频率由50增至500 Hz时,饱和电压会随着频率的升高而呈反比例函数关系逐渐降低,不过升高交流电频率,氯化钠液滴的三相接触线处会诱发动力学失稳;而当氯化钠液滴的固有频率与交流电频率比较接近时,液滴会在派瑞林薄膜表面引起共振。     

L245钢基体表面粗糙度对Ni-Sn-P化学镀层耐蚀性的影响

在不同表面粗糙度的L245钢表面获得Ni-Sn-P化学镀层。采用光学显微镜观察镀层的表面形貌;根据极化曲线、交流阻抗谱及浸泡腐蚀试验分析镀层耐蚀性。结果表明,较粗糙基体表面上的Ni-Sn-P镀层胞状物沿沟槽生长为条块状,当基体表面粗糙度Ra=0.147μm时,镀层的自腐蚀电流密度小,腐蚀速率相对较低;当基体表面粗糙度下降到Ra=0.053μm时,镀层致密性下降,耐蚀性最差。其原因是随着基体表面粗糙度的降低,镀层表面生长的条块状组织相互接合增多,产生孔隙的可能性增大。     

低能斜入射离子束诱导单晶硅纳米结构与光学性能研究

为了研究低能Ar+离子束在不同入射角度下对单晶硅表面的刻蚀效果及光学性能,使用微波回旋共振离子源,对单晶Si(100)表面进行刻蚀,采用原子力显微镜、非接触式表面测量仪和傅里叶变换红外光谱仪对刻蚀后硅片的表面形貌、粗糙度和光学透过率进行了测量.实验结果表明:当离子束能量为1000 eV、束流密度为265μA·cm-2、刻蚀时间为30min时,离子束入射角度从0°增加到30°,样品表面出现条纹状结构.入射角度在0°～15°,随着角度增加,样品表面粗糙度增加,条纹周期减小,光学透过率提高;而在15°～ 30°范围内,随着角度增加,粗糙度开始减小,条纹周期增大,同时光学透过率降低.继续增加入射角度,条纹状结构逐渐消失,入射角度到45°时,粗糙度和光学透过率达到最小值;增加入射角度到55°,样品表面出现自组织点状结构,表面粗糙度急剧增大,光学透过率随着角度增加开始增加;继续增加离子束入射角度到80°,表面粗糙度和光学透过率继续增加,样品表面呈现出均匀有序的自组织柱状结构;此后,随着入射角度的增加,表面粗糙度又开始减小,光学透过率降低.自组织条纹结构到柱状结构的转变是溅射粗糙化和表面驰豫机制相互作用的结果.     

冲蚀角度对建筑用钢化玻璃和普通玻璃喷砂磨损粗糙度的影响及三维分析

采用气流挟沙喷射法对钢化玻璃和普通玻璃在不同角度下进行冲蚀试验,利用激光共聚焦显微镜(LSCM)和扫描电子显微镜(SEM)表征玻璃表面微观结构和形貌的变化,对比研究了冲蚀角度对建筑用钢化玻璃和普通玻璃喷砂磨损粗糙度和损伤形貌的影响和机制.研究结果表明:随着冲蚀角度的增加,钢化玻璃和浮法玻璃的冲蚀率均逐渐增大,冲蚀损伤区域深度和宽度也逐渐增大,损伤区域形状由椭圆向圆形转变,冲蚀剖面轮廓由抛物线形向圆锥形转变.钢化玻璃的粗糙度随冲蚀角度增加逐渐增大,浮法玻璃粗糙度随冲蚀角度增加先增后减,冲蚀角度为45°时达到最大.相同冲蚀角度下,浮法玻璃的损伤程度远大于钢化玻璃.当冲蚀角度为15°时,材料的损伤由沙粒微切削作用引起,材料表面粗糙度较小;冲蚀角度为45°时,材料的损伤由沙粒切削和裂纹扩展共同引起,沙粒铲削作用明显,材料表面粗糙度大;冲蚀角度为90°时,材料的损伤由裂纹叠加引起,钢化玻璃的粗糙度达到最大而浮法玻璃的粗糙度达到最小.冲蚀角度为15°和45°时,浮法玻璃表面粗糙度参数均大于钢化玻璃,冲蚀角度为90°时,钢化玻璃粗糙度评价参数均大于浮法玻璃.钢化玻璃表面轮廓微观不平度平均间距在冲蚀角度15°时达到最大,在冲蚀角度45°时达到最小;浮法玻璃在冲蚀角度15°时达到最大,在冲蚀角度45°时达到最小.     

PU纳米纤维表面溅射PTFE防水透湿膜研究

利用射频磁控溅射在聚氨酯纳米纤维膜表面溅射聚四氟乙烯,制备了一种新型的防水透湿薄膜。通过原子力显微镜、扫描电镜、接触角测量仪等对薄膜的表面形貌、浸润性以及透湿性进行了研究。结果表明:溅射后,聚氨酯纳米纤维膜表面出现双重粗糙度,纤维表面出现几十到几百纳米的的小岛型颗粒;薄膜表面的接触角增大至128.6°,5min后接触角只减小了1.5°;透湿量受溅射的影响较小,可达到6760g/m2·24h。     

氧等离子体预处理对涤纶基纳米铜膜性能影响

利用射频磁控溅射法,在涤纶织物表面沉积纳米铜薄膜,研究氧等离子体预处理对涤纶基纳米铜膜形貌、润湿性能、拉伸性能影响。借助扫描电子显微镜(SEM)和原子力显微镜(AFM)观察氧等离子体处理前后纤维表面粗糙度、纳米铜颗粒大小变化,同时对表面沉积纳米铜织物导电性能、润湿性能进行测试。结果表明,氧等离子体处理对涤纶基材表面刻蚀明显,纳米铜颗粒分布均匀致密,纤维表面粗糙度、纳米铜颗粒大小均显著增加,镀铜织物经向拉伸性能也得到提高,液滴在样品表面接触角较小,样品亲水性能得到明显改善。     

超声振动与激光加热耦合条件下Al基钎料在TiNi形状记忆合金表面润湿铺展行为

采用一种超声辅助激光钎焊的方法,对低熔点的Al基钎料在TiNi形状记忆合金合金表面进行了润湿性实验。研究结果表明:随超声时间增加,钎料铺展面积先增大后减少,润湿角先减小后增大。钎料润湿前沿存在Al2Si,Al3Si,AlSi等相,钎料熔滴中心靠近界面处,AlSi和AlSiTi相的晶粒尺寸及其中Si元素的含量均随超声时间增加而逐渐增大;随着激光功率的降低,钎料铺展面积逐渐降低,润湿角逐渐增大,在钎料熔滴中心靠近界面处生长出宽度小于10μm的AlSi(Ti,Ni)金属间化合物。当超声振动时间为1.0s,激光功率470W,母材表面粗糙度为0.03μm时,实验获得的最大铺展面积为106.45mm2,最小润湿角为16°。     

超疏水Ti6Al4V表面的制备及其润湿性

为了使Ti6Al4V合金具有超疏水特性,采用激光技术加工规则点阵状纹理,然后采用自组装技术在试样表面制备自组装分子膜,得到了超疏水Ti6Al4V表面.激光加工构造的微米级点阵结构规整,形成了具有一定高度的类似锥台或柱状的凸起.通过激光加工和沉积自组装分子膜,Ti6Al4V试样表面的水接触角显著增大,最大可达到151°.将测得的接触角与分别用Wenzel模型和Cassie模型计算的理论值进行比较,实测结果更接近Cassie模型的结果.通过改变激光加工表面微结构的参数,可以控制表面接触角的大小.随着表面粗糙度值的增大,接触角呈增大趋势.当表面粗糙度大于4μm时,接触角均大于150°,形成超疏水表面.