超疏水表面研究进展

超疏水表面由于其独特的润湿性,在自清洁等领域具有非常重要的作用。本文阐述了超疏水表面的研究背景、制备超疏水表面的基本方法和含氟及无氟超疏水表面的最新研究进展,总结了当前超疏水表面仍需解决的问题并提出了建议,最后对未来绿色环保的超疏水表面进行了展望。     

超疏水表面制备及其减阻研究

本文介绍了超疏水表面的基本原理,总结了国内外研究者构造超疏水表面所采用的材料、工艺技术及最新研究成果。对当前超疏水表面用于减阻的研究进行了最新综述,指出了现阶段超疏水表面的不足以及应用于减阻所面临的主要问题,为超疏水表面减阻研究提供参考。     

耐久型超疏水表面的研究进展

超疏水表面因其特殊的润湿性和广泛的应用引起了人们的关注。然而,在使用过程中超疏水表面容易受到机械作用或化学攻击的影响,造成低表面能物质的缺失或微纳粗糙结构的破坏而丧失超疏水性能。因此,如何构建耐久型超疏水涂层是超疏水领域的一个巨大挑战。基于此,本文主要从耐磨和自修复两个角度综述了耐久型超疏水表面的最新研究进展。首先,从引入化学键、引入弹性材料和利用基材表面构筑微纳粗糙结构等方面总结了提升超疏水表面耐磨性的途径。其次,从低表面能物质的自修复、微纳粗糙结构的重构以及本体自修复等方面总结了超疏水表面自修复性的实现途径。并对耐久型超疏水表面的产业化状况进行了讨论。最后,对耐久型超疏水表面今后的发展进行了展望,以期为制备应用广泛的耐久型超疏水表面提供参考。     

超疏水材料表面的制备

文章对仿生超疏水表面结构、超疏水表面材料的制备方法做了详实的综述。分别从植物、动物超疏水组织、仿生超疏水结构制备以及超疏水表面材料的制备的电仿技术、金属纳米结构法、模板法做了一一介绍。     

飞机超疏水表面的防冰性能研究进展

对飞机表面超疏水材料的防冰性能最新研究进展进行了综述。首先对固体表面润湿性、超疏水性及防冰性之间的关系进行了论述,系统介绍了过冷水在超疏水表面的撞击过程。由于超疏水表面的低表面自由能及表面微纳结构,过冷水能够在撞击固体表面凝结成冰前从固体表面脱落,有效延长其结冰时间。还对超疏水表面在防冰应用中存在的问题进行了分析,指出发展具有多功能复合型超疏水表面是以后研究的重点。     

飞机超疏水表面的防冰性能研究进展

对飞机表面超疏水材料的防冰性能最新研究进展进行了综述。首先对固体表面润湿性、超疏水性及防冰性之间的关系进行了论述,系统介绍了过冷水在超疏水表面的撞击过程。由于超疏水表面的低表面自由能及表面微纳结构,过冷水能够在撞击固体表面凝结成冰前从固体表面脱落,有效延长其结冰时间。还对超疏水表面在防冰应用中存在的问题进行了分析,指出发展具有多功能复合型超疏水表面是以后研究的重点。     

超疏水表面涂层研究进展

超疏水表面具有自清洁、非湿润等特性,在涂饰、防水和生物医药材料等许多领域中用途广泛。从超疏水表面的制备方法和相关的理论分析方面综述了超疏水表面的研究新进展,指出超疏水表面涂层研究中存在的问题,并对超疏水表面研究的未来的发展进行了展望。     

仿生超疏水表面的研究进展

近些年,超疏水表面因其优秀的疏水性能和广泛的应用前景,使其成为国内外研究的热点之一。从仿生制备超疏水表面到将其功能化应用到多种领域,超疏水表面的研究在近几年飞速的发展。本文综述了近几年超疏水表面的研究进展,如高效吸油材料、外界刺激下粘附性响应、自修复超疏水涂料等方面的应用,并对超疏水表面的研究发展进行了展望。     

微纳米结构对聚合物超疏水表面润湿性的影响

对聚合物超疏水表面疏水原因的理论分析及其超疏水表面常用的制备方法进行了总结,并从热力学角度评述了关于超疏水状态的两种理论模型:Wenzel模型和Cassie模型,分析了微纳米结构对聚合物超疏水表面表观接触角的影响.     

超疏水/超双疏表面自修复方式的研究进展

超疏水/超双疏材料存在耐久性和稳定性的问题,因此很大程度影响了超疏水/超双疏材料的实际应用。受自然界中荷叶、三叶草等超疏水表面在受到破坏后,表面粗糙结构和表面组成可以恢复直到生物死亡的启发,科研学者通过不断探索研究出修复超疏水/超双疏材料的一些方式。本文从低表面能物质和表面微观结构的自修复角度出发,综述了影响超疏水/超双疏表面的自修复方式。当超疏水/超双疏表面受到物理破坏或者化学破坏时,失去超疏水以及超疏油性能,在温度、相对湿度、机械、UV等诱导条件下,低表面能物质迁移至表面完成自修复过程以及表面微观结构的自修复,从而使超疏水以及超疏油性能得以恢复。价格低廉的环保材料和系统性地研究自修复的机理是将来超疏水/超双疏自修复材料的主要研究方向。     

Robust super-hydrophobic ceramic coating on alumina with water and dirt repelling properties

Artificial super-hydrophobic surfaces are required for various applications. The super-hydrophobic surfaces are usually made by applying a low surface-energy organic coating on a highly textured substrate. A major problem with the as-created surfaces is their poor durability. This problem is even severer for the surfaces created by applying the organic coating on inorganic substrates. The present study reports for the first time the all-inorganic super-hydrophobic surface created by modifying the inorganic substrates with polymer-derived inorganic coating. A polydimethylsiloxane (PDMS) film was applied to an alumina substrate having flower-like hierarchal micro-nano surface texture, and then subjected to pyrolysis at 400°C in a nonoxidizing atmosphere. As a result, a Si_xC_yO_z ceramic coating with low-surface energy methyl groups was formed on the alumina substrate. The as-modified alumina exhibited super-hydrophobicity with a water contact angle of 170° and a sliding angle of 5°. The super-hydrophobicity was well retained after abrasion with sandpaper and exposure to boiling water and acidic solution. The super-hydrophobic alumina demonstrated desired water repelling and self-cleaning function. The method explored in this study could also be used for super-hydrophobic surface modification of other inorganic materials such as glass and metals.     

超疏水表面蒸汽及含不凝气蒸汽滴状冷凝传热实验分析

通过紫铜基表面上制备两种具有微纳米结构的超疏水表面以及相同化学修饰的光滑疏水表面,实验研究了各表面上空气环境下水的润湿特性以及在纯蒸汽、蒸汽-空气混合气体环境下,表面的滴状冷凝传热特性和冷凝液滴的运动和润湿特性。结果表明:纯蒸汽滴状冷凝条件下,超疏水表面的传热性能明显低于光滑疏水表面的传热性能;含低浓度不凝气蒸汽冷凝环境下,超疏水表面传热性能与光滑疏水表面相近;蒸汽冷凝环境中,超疏水表面上液滴的接触角明显低于其在空气条件下接触角,并且接触角滞后增大。分析得到,微纳米结构的存在使冷凝过程液滴的接触角滞后增大,微纳米结构中冷凝液滞留增加的壁面热阻等抑制了滴状冷凝传热性能;并提出了蒸汽及含不凝气蒸汽冷凝环境中液滴在超疏水表面上的润湿模式。     

超疏水性涂层的研究进展

简述了超疏水性表面的基本原理,分别从低表面能材料和涂层表面微细粗糙结构的构建两个方面,对超疏水性涂层的制备技术和最新成果进行了概括,并展望了其应用前景。     

超疏水表面有滑移时的层流换热分析

在考虑速度滑移的前提下,对于圆管形微通道内温度边界层充分发展的恒热流量对流传热,推导了速度和温度分布表达式,并进一步得到对流传热系数和Nusselt数计算式。此外,还针对超疏水表面不同结构参数下的滞留空气层,提出了超疏水表面的有效导热模型,推导出超疏水表面不同结构参数下的热阻。最后将传热系数与超疏水表面热阻进行耦合,得出超疏水表面有效传热系数及其与超疏水表面结构参数的关系。计算结果表明:超疏水表面上流体的滑移使得管内温度更加均匀,传热系数或Nusselt数有所增加,恒热流条件下最多可以增加1.8倍;超疏水表面热阻随肋间距和肋高的增加而增大;超疏水表面的表观传热系数随肋间距或孔宽的增加而显著降低,随肋高或孔深的增加,表观传热系数也降低,其幅度与肋间距以及肋高与肋间距之比有关;各种结构参数条件下均存在表面滞留空气层的临界厚度,在此厚度以下表面有效传热系数不低于普通表面无滑移时的数值。因此,需要综合考虑超疏水表面的结构参数,包括肋高、肋间隙等,才能使超疏水表面有利于传热。     

Super-hydrophobic surface of bulk carbon nanotubes compacted by spark plasma sintering followed by modification with polytetrofluorethylene

The surfaces of bulk carbon nanotubes compacted by plasma spark sintering have been modified with polytetrofluorethylene, thereby producing a super-hydrophobic surface with a contact angle above 160°. The surface roughness and air trapped in pores and between the polytetrofluorethylene particles are responsible for the super-hydrophobility. The material can be machined into desired shapes with fine and complex channels, allowing internal surfaces to also be super-hydrophobic.     

超亲水、超疏水表面的研究进展

概述了近年来超亲水、超疏水表面的发展历史,验证了近几年来该方向的研究成果。从超亲水表面制备、超疏水表面制备以及超亲水-超疏水可逆转换表面3个方面做了较为详尽的总结。要使这些特殊表面能够获得广泛的工业应用,还需要解决一些重要的技术问题。     

超疏水性表面上水滴移动的观察与解析

在微流体研究领域,为了开发低阻力的固-液界面材料,人们关注和研究水滴在超疏水性表面上的运动。在该项研究中,笔者使用超高速摄像技术观察在超疏水性表面上水滴的移动,考察材料表面与水滴的相互作用以及表面的物理和化学特性的影响。这一研究是为了实现超疏水性表面上水滴的可控运动而进行的基础研究。     

Investigations on reducing microbiologically-influenced corrosion of aluminum by using super-hydrophobic surfaces

Electrochemical impedance spectroscopy, potentiodynamic polarization and scanning electron microscopy were carried out to determine the effect of super-hydrophobic surfaces on the marine bacterium Vibrio natriegens (V. natriegens) adhesion. Four different samples were prepared in order to investigate the anti-biocorrosion mechanism of super-hydrophobic surfaces. Potentiodynamic polarization suggested that the V. natriegens attached on the surface mainly enhanced the reaction kinetics of the anodic reaction and accelerated the dissolution of aluminum. EIS results were interpreted with different equivalent circuits to model the physicoelectric characteristics of the electrode/biofilm/solution interface. The results showed that neither anodization nor chemical modification could decrease the bacterial adhesion and corrosion rate individually. V. natriegens showed only weak attachment to the super-hydrophobic surface, and the biocorrosion mechanism was closely associated with surface energy and surface topography.     

超疏水表面:从制备方法到功能应用

回顾了近年来超疏水表面的研究进展,综述了超疏水表面的制备方法,尤其是近两年来较新的制备技术,阐述了粗糙形貌的制备方法及低表面能物质的修饰技术.此外,还介绍了新型功能性超疏水表面的研究应用状况以及超疏水表面的发展方向和应用前景.     

不同截面形状超疏水微肋阵内对流换热特性

通过在圆形、菱形以及椭圆形微肋阵表面固化含有微纳米颗粒涂层制备超疏水微肋阵,并对不同截面形状超疏水微肋阵内流动与对流换热特性进行实验研究,测量得到了超疏水处理前后各截面形状微肋阵内流动阻力系数f以及Nusselt数。此外,通过计算超疏水微肋阵内的综合传热强化因子ε,定量分析了超疏水处理对不同截面形状微肋阵内流动与换热特性的综合影响。研究结果表明,超疏水处理后圆形、菱形、椭圆形微肋阵内摩擦阻力系数与未处理前相比最大可降低72%、66%、70%;同时,3种截面微肋阵内Nu有所降低,且疏水前后微肋阵Nu偏差随加热功率的增加逐渐减小,高加热功率下3种微肋阵超疏水处理前后Nu偏差最大分别不超过44%、17%、47%;高加热功率下超疏水菱形微肋阵在Re<1200范围内具有良好的综合传热强化性能,ε始终高于1.17。