超疏水表面制备技术的研究进展

具有非润湿和自清洁特性的超疏水表面由于其广阔的应用前景而引起人们的极大关注.介绍超疏水状态下Wenzel和Cassie-Baxter 2种接触模型及其相互关系,讨论2种模型下表面微细结构对接触角的影响.从构造表面微细结构和低表面能物质修饰2个方面总结近年来超疏水表面制备技术的研究进展,并对超疏水表面的研究进行展望.     

超疏水表面膜的制备

通过化学气相沉积的方法,在具有规则微形貌的硅片表面沉积硅的有机物制备出了超疏水表面,进而对表面的润湿性进行了对比。结果表明:不同的成膜时间和微形貌的结构尺寸直接影响着表面的润湿性;表面的接触角随着时间的增长而增大,但有一时间极限,此后接触角基本不受影响;当微形貌深度一定,随着形貌宽度的增加接触角无明显变化,但超过某一临界值时,接触角下降明显,不再形成超疏水表面。     

液滴撞击疏水/超疏水表面运动特性的数值模拟

采用计算流体动力学对液滴撞击疏水/超疏水表面的过程进行数值模拟,分析液滴滴落高度、表面润湿性和表面倾斜角度3个因素对液滴运动的影响。结果表明,随着液滴滴落高度的增大,液滴铺展系数增大,回弹系数减小,滴落高度对液滴铺展系数和回弹系数的影响随表面静态接触角的增大而增大;表面疏水性增强,液滴铺展系数减小,回弹系数增大,滴落高度的增大会减弱表面润湿性对液滴铺展系数和回弹系数的影响;表面倾斜角度增大,液滴铺展系数和回弹系数减小,液滴内部最大速度增大。     

超疏水表面的减阻研究

为探索超疏水表面的减阻机制,利用位错刻蚀法在铝板上制备出接触角为156°、滚动角小于5°的超疏水表面,并分别以具有超疏水表面和亲水表面的铝板为基板,构建了两种流动状态可视化测试的微粒子图像测速(Particle Image Velocimetry ,PIV)微通道,通过PIV粒子图像测试技术对水在超疏水微通道和亲水微通道中的速度流动情况进行实验测定与对比,得出超疏水表面确实有减阻效果,最大减阻效果可达8.72%,并从多角度进行了解释分析.     

超疏水表面减阻特性的研究进展

超疏水表面具有减阻效果,在提高管道传输效率、降低水下航行体和微流体器件中流动阻力等方面有着广阔的应用前景。介绍超疏水表面的制备、滑移理论以及减阻特性的研究,讨论微尺度下表面润湿性、表面微结构和流场流动状态对壁面减阻的影响,对超疏水壁面减阻的物理机制进行总结,并指出气体层不连续模型和气穴模型是分别适用于光滑疏水表面和带微结构超疏水表面的减阻模型。介绍超疏水表面减阻特性的一些应用,提出将超疏水表面应用到微流体系统中面临的问题,如微通道壁面疏水性的制备及其减阻效果的耐久性。     

锡青铜超疏水表面纳秒激光制备及润湿性转变机理研究

以锡青铜为基底,研究采用纳秒紫外激光代替飞秒激光制备金属超疏水表面的方法。通过改变激光加工参数制备了不同表面微观结构,并采用扫描电子显微镜和接触角测量仪对所制备的微观结构和润湿性进行了表征,通过X射线光电子能谱(XPS)分析了所制备的样片表面化学元素含量及其随时间的演变,对润湿性转变的机理进行了解释。研究结果表明,采用纳秒紫外激光可以在锡青铜基底制备类似飞秒激光加工得到的金属超疏水表面;激光加工后的样片润湿性随时间变化,转变机理是激光加工过程中生成的CuO在磷元素的催化脱氧作用下生成了本征疏水的Cu2O;在紫外激光能量密度为5.61 J/cm2下,激光扫描速度100 mm/s时,所制备的表面具有微纳复合结构的表面接触角超过150°,滚动角小于10°。     

超疏水微结构表面的制备工艺研究

针对装备表面大面积采用超疏水结构以实现减阻、防污的需求,考虑加工低成本、可重复及高效的目标,采用PDMS模塑工艺来实现超疏水微结构的制备,基于高速微小孔钻削工艺在铝合金表面加工阵列微孔结构作为PDMS浇铸的模具,成功在PDMS膜表面复印出阵列微柱结构,对制备的超疏水微结构PDMS膜进行了加工误差分析,误差为6%。     

超疏水表面液滴的冷凝成长特性研究

利用聚二甲基硅氧烷(PDMS)为基底采用光刻技术制备了微方柱状超疏水表面,分析了冷凝条件下超疏水表面液滴的冷凝生长特征,发现液滴的生长过程可分为微液滴成核冷凝独立生长、冷凝微液滴合并生长以及大液滴生长3个阶段。超疏水表面初始合并的液滴呈Wenzel-Cassie状态和Wenzel状态,随着冷凝液滴的成长,液滴的液-固接触面积与粗糙结构表面的表观面积之比f随着冷凝液滴尺寸的增大而增大,Wenzel-Cassie状态向完全Wenzel状态转变。最后分析了超疏水性破坏的原因。     

基于电化学加工方法的铝基超疏水表面制备技术研究

鉴于金属铝表面存在微米级的晶界和纳米级的位错,在外加电场和电解液的作用下,晶界位错处因具有更高的位能会使得阳极优先溶解,进而形成微纳米结构相结合的粗糙表面,提出一种新的铝基超疏水表面的电化学制备方法,实验研究了其加工质量、加工效率和加工条件之间的关系,结果显示电化学加工方法能够在铝基底上制备出多阶层微/纳米结构,可用作超疏水表面基底。电化学加工比化学刻蚀法有更好的可控性,同时比光刻等方法更经济。所加工表面经过低表面能材料修饰后呈现超疏水的特性,与水滴的接触角达到167°,滚动角小于3°。     

基于“旋流+亲油疏水膜”工艺的井下油水分离实验研究

文中综合旋流+膜分离技术于一体,设计了一种井下“旋流+亲油疏水膜”分离装置。对这种装置进行了样机实验和相关性能研究,确定了膜的最优结构形式、膜与旋流复合的最优形式。研究结果表明：当将亲油疏水膜与旋流耦合时,膜外不用安装罩时油水分离效果更优;当将旋流油水分离的出油口与膜分离后的出油口连接在一起时,在出水口分流比较小时膜的存在对于促进油水分离效果较明显,出水口分流比较大时膜对于促进油水分离效果较不明显。     

超细镀银铜粉的制备及其性能研究

采用置换反应法制备镀银铜粉,通过使用螯合萃取剂RE608一次性制得具有常温抗氧化能力的镀银铜粉;研究了RE608的用量、反应温度、反应时间和AgNO3用量对镀银铜粉的抗氧化性和煅烧温度对导电性的影响.结果表明：试验条件下,RE608用量越多越好,从成本考虑使用量以40mL为宜;反应温度以80℃为佳;反应时间以20 min为宜;AgNO3浓度越小越好.     

铝合金电刷镀与激光微加工耦合制备超疏水表面及其特性

通过电刷镀与激光微加工技术相耦合的方法,在铝合金表面制备出一种微观尺度凸包与沟槽相互排列的特殊结构。未经任何疏水修饰的情况下,得到了一种低黏附性的超疏水表面,其静态接触角达到156°,滚动角约为4.8°,并且表面在滚动性方面表现出各向（平行沟槽方向和垂直沟槽方向）异性。所制备的表面对高温环境具有较好的稳定性,低温条件下也保持在接近138°较大接触角的疏水状态,且在抗结冰方面表现出优异的性能。通过3.5 %（质量分数）NaCl溶液的Tafel曲线测量发现,基体被耦合方法处理后腐蚀阻抗平均提高3个数量级。     

金属表面润滑膜形成的化学特性研究

金属表面形成的化学吸附膜的质量与诸多因素有关,其中影响最大的基本要素是水、氧化物,如何控制水和氧化物的含量、成分是化学吸附膜形成质量的保证。本文从金属及润滑油膜的化学特性角度出发,对其形成原理,与水、氧化物之间相互作用关系进行研究。同时论述了润滑油膜最有效的测定方法——表面电位测定法原理,对深入了解各种润滑油膜吸附机理提供理论参考。     

高密度聚乙烯和硬脂酸对石蜡基粘结剂流变行为的影响

使用旋转式流变仪研究了加入质量分数10%~30%的高密度聚乙烯和0~9%的硬脂酸后石蜡基粘结剂在120~162℃的流变行为。结果表明:粘结剂中石蜡与高密度聚乙烯含量之比K值对其黏度有重要影响,K值越小,黏度越大;当K≥4时,提高温度和加入硬脂酸不能降低其黏度;当K<4时,提高温度是改善粘结剂流变性能的有效手段之一,而硬脂酸加入量存在一个临界值,只有超过该值时才能有效降低黏度;随K值减小,硬脂酸临界加入量也逐步降低;粘结剂熔体在150℃下表现出类似牛顿流体的流变行为。     

基于电参数的AZ91D镁合金微弧氧化膜层厚度分析研究

根据镁合金微弧氧化微区电弧放电机理、微弧氧化的三个阶段理论,并根据实验中出现的,保持电压恒定时,在微弧氧化处理初期电流不断下降,后期电流保持稳定或微升这一现象,拟合出负载阻抗随时间变化的三次方程,从而实现了在实验过程中的膜层厚度监测,具有一定的工程应用价值.     

Oil Film Stiffness of Double Involute Gears Based on Thermal EHL Theory

Lubrication failure is one of the main failure forms of gear failure.Time varying meshing stiffness is an important factor affecting the dynamic behavior of gears.However,the influence of oil film stiffness is usually ignored in the research process.In this paper,according to the meshing characteristics of double involute gears,based on the non-New-tonian thermal EHL theory,a new calculation method of normal and tangential oil film stiffness for double involute gears is established by the idea of subsection method.The oil film stiffness difference between double involute gears and common involute gears is analyzed,and the influence of tooth waist order parameters,working conditions,and thermal effect on the oil film stiffness are studied.The results reveal that there are some differences between normal and tangential oil film stiffness between double involute gears and common involute gears,but there is little dif-ference.Compared with the torque,rotation speed and initial viscosity of the lubricating oil,the tooth waist order parameters have less influence on the oil film stiffness.Thermal effect has a certain influence on normal and tan-gential oil film stiffness,which indicates that the influence of thermal effect on the oil film can not be ignored.This research proposes a calculation method of normal and tangential oil film stiffness suitable for double involute gears,which provides a theoretical basis for improving the stability of the transmission.     

非线性挤压油膜阻尼器-转子系统周期解的分叉及稳定性分析

应用油膜力数据库方法获得非线性油膜力 ,采用非线性动力系统的稳定性及分叉理论对非线性挤压油膜阻尼器 转子系统非线性动力特性、非协调运动及周期解分叉的稳定性进行了分析。揭示了SFD 转子系统在特定参数范围内存在系统亚谐波、概周期和混沌等非协调运动 ,及从同步周期运动分叉发生一系列倍周期运动、最后导致转子 轴承系统混沌运动的过程。数值计算得到了SFD 转子系统发生周期解分叉时的分叉点、分叉图及周期解分叉而失稳的 3种情况 :即鞍结分叉、Hopf分叉及倍周期分叉。最后采用Floquet理论对SFD 转子系统的稳定性进行了分析。研究结果为实际SFD 转子系统的设计和研究提供了理论依据。     

采用双辉等离子表面冶金技术在金刚石厚膜表面制备钽涂层的性能

采用双辉等离子表面冶金技术在机械抛光后的金刚石厚膜表面制备钽涂层,研究了涂层的表面及截面形貌、微区成分、物相组成及结合性能。结果表明:制备得到的钽涂层连续、均匀,由钽金属层与界面处的化合物层组成,厚度约1.7μm,组织为柱状晶;金刚石厚膜与钽涂层的界面处存在厚度约为1.1μm的钽与碳元素呈梯度分布的扩散区,且生成了TaC和Ta2C两种化合物;钽原子填充了金刚石厚膜抛光产生的磨痕,其表面粗糙度由128nm降低为57nm;钽涂层的塑性以及与金刚石厚膜的结合性能良好。     

碳纳米管表面镀覆对碳纳米管-银复合材料性能的影响

研究了碳纳米管的表面镀覆处理对复合材料性能的影响，结果表明，碳纳米管经过化学镀银处理后用于制造复合材料，可以改善碳纳米管在金属基体中的分散性，提高复合材料的界面结合力，提高复合材料的硬度、导电性、抗弯强度。断口分析表明，碳纳米管未进行化学镀时，由于碳纳米管-银的弱界面结合，使碳纳米管拔出长度较长，在碳纳米管经化学镀后，由于改善了碳纳米管-银的界面结合状态，使碳纳米管拔出长度较短。