用晶格波尔兹曼方法研究表面毛糙对表面疏水性的影响

将固体表面近似为具有简单的周期性矩形毛糙结构的表面,通过建立两相流的晶格玻尔兹曼模型研究液滴在固体表面接触角的变化,探讨微结构对固体材料表面疏水性能的影响,为仿生超疏水表面的制备提供思路.     

基于超声压印技术的PET材料表面微结构制备及其疏水性

为考察利用超声压印技术在PET聚合物材料表面制备疏水性微结构的技术可行性,以超声波塑料焊接机为核心搭建了超声压印平台,采用飞秒激光技术在7076航空铝表面制备一系列不同尺寸的立方体微结构疏水性点阵,并以此作为压印模具在PET材料表面制备疏水性微结构,采用白光干涉仪和接触角测量仪对其表面形貌和疏水性进行表征。结果表明:压印后的PET材料表面液滴接触角可达129.5°,较初始PET材料表面液滴接触角74.9°有大幅提升,表明压印后PET材料表面的疏水特性显著提升,证实了利用超声压印技术制备PET材料疏水表面的可行性;模具的疏水性是影响PET材料疏水性的一个关键因素,随着微结构点阵间距的增加,即固液接触的面积分数增加,PET压印样件的疏水性降低;微结构点阵间距相同时,微结构边长越小,其疏水性越好。     

三光束激光干涉光刻法制备生物复眼表面微结构

许多生物复眼表面具有大视场、高时间分辨率、高反射率以及超疏水、防雾等优异性能,工程应用潜力巨大.仿生学研究表明,复眼表面微观结构对其特定功能的实现具有关键作用.本文利用三光束激光干涉光刻技术在单晶硅基底表面制备了仿腹色蜉复眼表面微结构,并讨论了激光能量及曝光时间对加工表面形貌的影响,从而获得了20μm特征尺寸下最优激光加工工艺参数为激光能量为40 m J,曝光时间为15 s为最优试验条件.     

模板辅助浸没凝胶法PVDF疏水微孔膜的制备与性能

以不锈钢丝网嵌入聚二甲基硅氧烷(PDMS)制得微结构模板代替平滑制膜底板,分别以N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)、NMP与水的混合物为溶剂,水为凝胶剂,采用模板辅助浸没凝胶法制备高度疏水聚偏氟乙烯(PVDF)微孔膜,并对膜结构、膜底面的疏水程度及膜的透过性能进行表征,分析模板微结构、PVDF固含量和铸膜液中水含量对膜结构及其性能的影响.结果表明:膜底面结构是模板微结构与相分离过程协同作用的结果;模板的辅助作用能显著提高膜底面的疏水程度,并对膜的透过性能有影响;铸膜液中聚合物固含量、水的添加量是影响膜透过性能的关键因素,对膜底面的疏水性稍有影响.研究表明,模板辅助浸入凝胶法是一种简单、理想的高度疏水PVDF微孔膜制备方法.     

基于最小吉布斯自由能的疏水表面接触角模型

在光滑表面Young氏方程和粗糙表面Cassie-Baxter模型的基础上,建立了二维情况下基于最小吉布斯自由能的接触角预测模型,并且对预测模型进行了修正,考虑斜壁对气-液接触线的影响。利用接触角预测模型及其修正研究微结构材料和尺寸参数对接触角大小的影响,从而指导疏水性微结构设计。研究结果表明,疏水性基底相对于亲水性基底加工出的微结构有更大的接触角提升趋势。增大微结构间隙宽度,减小凸台宽度,减小微结构斜壁角度,有利于接触角的提升。     

苇叶表面微结构及润湿性能研究

润湿性(又称浸润性,Wettability)是固体表面的重要特性之一,自然的润湿现象被关注和持续地研究.本文研究了苇叶表面润湿性能及其微观结构,在机理分析的基础上,利用二次转写法制备了人工PDMS苇叶,并进行了润湿性能测试及分析.该研究为仿生制备疏水、防粘表面提供了很好的启示.     

白铜超疏水表面的构建及耐蚀性能的研究

超疏水膜具有良好的防腐蚀性能,能够有效地延长金属制品的使用寿命,提高经济效益.选取白铜作为研究对象,采用化学刻蚀氧化自组装法进行超疏水膜表面的制备.通过交流阻抗和极化曲线法,在模拟海水条件下,利用三电极体系对超疏水表面的耐蚀性能进行了研究和测定.结果表明,所制备的白铜超疏水表面的接触角达到了154°,在3.5%的NaCl溶液中的缓蚀效率有99.1%,具备较高的超疏水性能和耐蚀性能,且其表面具有微纳米级的树枝状结构.     

微铣削加工紫铜表面微结构超疏水性能

为研究紫铜表面微结构几何尺寸对超疏水性能的影响规律,使用直径分别为0.05、 0.10、 0.15、 0.20 mm的微铣刀在紫铜表面进行微铣削加工沟槽结构,再用硬脂酸和酒精混合溶液进行低表面能修饰,制得了超疏水微结构表面,分析了沟槽宽度、凸起宽度和沟槽深度对接触角影响。结果表明：随着沟槽宽度的增大,接触角也随着增大,沟槽宽度为0.20 mm时对应的接触角最大,为157.4°,沟槽宽度为0.05 mm时对应的接触角最小,为81.2°;随着凸起宽度的增大,接触角先大幅度增大,然后再缓慢减小,凸起宽度为0.07 mm时对应的接触角最大,为159.2°,凸起宽度为0.20 mm时对应的接触角最小,为144°;随着沟槽深度的增大,接触角会先增大再减小,随后再增大,沟槽深度为0.03 mm时对应的接触角最大,为168°,沟槽深度为0.02 mm时对应的接触角最小,为101.7°,加工后表面产生一些毛刺,会形成大量不规则的微结构,液体与样本表面接触面积变小,从而接触角变大。     

激光刻蚀法制备超疏水自清洁铝合金表面

金属表面超疏水性能的研究是当今多学科研究的热点与难点,针对金属表面超疏水以及自清洁性能的研究现状,通过激光加工方法在粗糙铝合金表面构筑一种具备超疏水自清洁特性的网格状多级结构.采用扫描电子显微镜(S E M)、激光共聚焦显微镜(L S C M)以及光学接触角测量仪等表征试样表面的微观结构、三维形貌和润湿特性.结果表明:制备表面具有网格状多级结构,结构展现凹槽、坑、飞溅状或颗粒状的复杂形貌和复合尺度特征,表面具有优异的超疏水性能,接触角达到150.6°.同时自清洁性能测试发现超疏水铝合金表面展现良好的低黏附以及自清洁性能,这种复合性能对铝合金在脱附减阻等领域的应用研究提供一定的参考意义.     

基于射流掩膜电解加工不锈钢注塑微结构研究

固体表面的润湿性受到表面粗造度和表面微结构的影响。在分析总结几种常用表面微结构加工技术的基础上,提出使用射流掩膜电解加工方法,在不锈钢表面加工微坑阵列结构,研究加工电压对微坑尺寸影响规律和微结构对润湿性的影响。将不锈钢微坑结构作为模具,用聚二甲基硅氧烷（polydimethylsiloxane,PDMS）注塑出微凸结构,用氟硅烷修饰后测量其静态接触角为（151.7±0.51）°。