液态金属汞在硅片表面的润湿行为研究

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。     

纳米炭纤维的表面润湿行为

采用动态渗透法研究了不同结构的纳米炭纤维(Carbonnanofibers,CNF)表面润湿性以及在不同溶剂中润湿性的变化和表面改性对其润湿性的影响。结果表明,生长条件如催化剂组成、碳源等对CNF的表面性质有显著影响,并最终决定其在溶剂中的润湿能力。以Fe/γ-Al2O3为催化剂,以C2H4为碳源得到的CNF在水中的润湿性能最差;而以Ni/γ-Al2O3为催化剂,CO为碳源得到的CNF在环己烷中的润湿性能最好。CNF在不同溶剂中的相对接触角测定表明CNF是一种表面非极性较强的材料。设CNF在润湿性能最好的环己烷中的接触角为0°,则CNF在水,丙酮,乙醇中的相对接触角分别为81.6°,45.2°,24.8°。不同的表面改性手段可对CNF的表面性质进行调变以控制其在不同溶剂中的润湿行为。在浓硝酸中液相氧化可提高其对水溶液和环己烷的润湿性能;在氩气中的高温热处理可提高其对水溶液的润湿性能,但降低了对环己烷的润湿能力;而在过氧化氢溶液中的处理则同时降低了对水溶液以及环己烷的润湿能力。     

玻纤表面动态润湿行为

提出了采用线性回归处理分析玻纤与浸润液体动态润湿的新方法,结合高精度电子天平,表征了玻纤表面动态润湿性能。研究结果表明：在玻纤表面动态润湿过程中,随着润湿速度的增加,动态接触角有增大的趋势,玻纤与去离子水、乙二醇、760E环氧、CYD128环氧的接触角分别由66.04°、42.21°、51.31°、73.90°增加到69.05°、46.95°、74.58°、170.06°,玻纤表面可润湿性能下降。玻纤表面动态润湿过程中,黏度越大,随着润湿速度增加,可润湿性能下降越快,即玻纤与CYD128环氧体系的接触角下降96.16°,而与760E环氧树脂和乙二醇的接触角下降分别为23.27°和4.74°。基于新方法的玻纤表面动态润湿系统中,玻纤所受作用力随三相接触线移动速率和浸润液体黏度的增加而增大。     

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。     

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。     

规则微观结构粗糙表面浸润性研究

制作了4组具有不同规则微观结构、粗糙度为1.2～2.0的粗糙表面,并测量了各个粗糙表面的表观接触角。而后将各组粗糙表面的接触角测量值与Wenzel模型预测值和Cassie模型预测值进行比较,分析了影响各个粗糙表面浸润特性的因素。发现孔状微观结构的粗糙表面与柱状微观结构的粗糙表面的浸润性有很大区别,不同的微观结构导致液体侵入微结构内部程度的不同是引起此区别的主要原因,进而针对这两种不同微观结构的粗糙表面提出了新的预测值计算公式。     

润湿异质性表面的过冷流动沸腾实验研究

非均匀润湿表面对流动沸腾过程中的流动模式和传热机制有重要影响。本文以去离子水为工质,实验研究了矩形微通道内硅表面和润湿异质性表面的过冷流动沸腾换热特性。通道横截面为0.5 mm×5 mm,过冷流动沸腾的质量通量分别为300、400 kg/(m²·s),热流密度在30～300 kW/m²的范围内。实验在大气压下进行,过冷度为10 K。对比了与流动方向垂直(HC)和平行(HP)的疏水图案,讨论了不同热流密度、质量通量等工况下的硅表面和润湿异质性表面垂直向上流动沸腾,分析了不同工况下过冷沸腾的沸腾曲线、平均传热系数和两相流流型。结果表明：润湿异质性表面的流动沸腾换热表面传热系数最大提高了39.55%,换热机制主要为核态沸腾。     

铜基高梯度润湿表面的构建与表征

通过向垂直放有铜片的烧杯中滴加Ag NO3溶液,在铜片上制备出水接触角从平整铜表面的90.8°升至151.4°的梯度润湿表面;结合前期以碱辅助氧化法制备亲水区间的梯度润湿表面,实现了在无低表面能物质修饰时,构建从超疏水(151.6°)至超亲水(3.7°)的高梯度润湿铜表面。制得的润湿性梯度在近100℃的水浴中浸泡10 h,各点的接触角变化最大不超过10°。采用扫描电镜(SEM)和X射线衍射(XRD)等对样品表面形貌演变和结构进行分析,表明在铜表面分别沉积具有相对疏水的银粒子和亲水特性的氢氧化铜粒子,并形成合理的粗糙结构,可使铜片分别达到超疏水和超亲水状态,从而形成高梯度润湿铜表面。由于平整的银表面和氢氧化铜表面的水接触角分别为72.8和62°,这也从另一侧面说明亲水与疏水的界限在65°可能更加合理。     

Mn对熔融Zn-Mn合金与X80钢润湿行为的影响

研究了锌液中0.1%~0.5%(质量分数)Mn对X80钢表面润湿行为的影响。采用改良座滴法获得了450℃时Zn-Mn合金的接触角,通过SEM/EDS观察分析样品表面及界面的组织结构,研究了Zn-χMn(χ=0.1~0.5)合金与X80钢基板的润湿行为和界面反应。结果表明：锰元素对锌合金与钢基体间的润湿性反应起到正吸附作用。在450℃时,当熔体中的锰含量为0.1~0.5时,Zn-χMn合金与钢基间的润湿接触角从85°减小到62°。锌合金熔体/X80钢属于反应性润湿体系,生成的界面产物由FeZn₁₀(δ)、FeZn₁₃(ζ)和Fe₃Zn₁₀(Γ)/Fe₅Zn₂₁(Γ₁)相组成,润湿行为受锌合金界面反应影响。在铺展三相线前沿存在前驱膜,前驱膜的出现能够促进润湿。     

关于CPP薄膜表面润湿张力变化的分析

CPP薄膜作为软包装材料的复合材料，其主要作用是作为热封层，在后期的加工过程中需要进行复合和涂胶，而CPP薄膜的材料是聚烯烃，是非极性塑料，其表面不具有好的可粘性，即其表面润湿张力小，所以CPP薄膜在生产过程中必须经过电晕处理。而CPP薄膜在时效处理和存放过程中，其润湿张力会发生变化，     

The effect of seawater on fracture mode transition in fatigue

The fracture mode transition for two steels fatigued in air and seawater was investigated by measuring the crack growth rates and by examining the fractured surfaces using scanning electron microscopy. It was found that the transition from normal to shear fracture mode did not always occur in seawater under the same fatigue conditions as in air. Three possible mechanisms, based on the effective stress intensity factor range, the threshold stress intensity factor range and environmentally assisted brittle fracture, are proposed to account for this behaviour and their validity is discussed.     

Wrinkling of thin films on a microstructured substrate

Surface wrinkling of thin films on substrates offers an effective strategy to create controllable surface patterns of wide application. In this article, both theoretical analysis and numerical simulations are performed to study the surface wrinkling of thin films bonded on a microstructured soft substrate under compression. We consider two typical kinds of substrates that have different mechanical properties. One possesses a periodic array of micropillars, and the other has a period of alternating unbonded—bonded regions at the film—substrate interface. The characteristics of surface wrinkling and postbuckling evolution of films are revealed. It is found that the interfacial microstructures modulate the normal mechanical properties of the substrate and, thus, tailor the buckling behavior of the thin film atop it. Under lateral compression, the film on the substrate shows periodic arrays of micropillars exhibiting sinusoidal wrinkling first, and then with further compression, the wrinkles give way to a deep fold accompanied by Euler buckling of the micropillars and the decay of neighboring wrinkles. For the system with periodic unbonded—bonded regions at the film—substrate interface, wrinkling of the film is characterized by a relative shift in the normal direction. This study offers potential applications in the fabrication of tunable surface morphologies.     

剑麻纤维表面特性及其浸润行为

采用Weibull统计分布方法量化了剑麻纤维的横截面积, 并考虑液体在剑麻纤维中空结构中的芯吸质量, 发展了基于Wilhelmy吊片法原理测试剑麻纤维与液体动态接触角的表征方法。在此基础上, 分析了不同表面处理方法对剑麻纤维微观结构、 表面化学组成、 表面能及其色散、 极性特性的影响规律, 并测试了剑麻纤维与E51环氧树脂的浸润性。结果表明: NaOH、 阻燃剂处理使剑麻纤维表面极性官能团增加, 纤维的表面能极性分量增加显著; 硅烷处理增加了剑麻纤维表面的极性基团含量, 但使其极性分量减小, 表面能略有下降; 并且剑麻纤维与E51树脂的浸润性与其极性比匹配特性密切相关。     

New phospho-tellurite glasses with optimization of transition temperature and refractive index for hybrid microstructured optical fibers

The glass formation and compositional dependences of glass thermal properties and optical properties were investigated in TeO₂–ZnO–Na₂O–P₂O₅ system. The refractive index at 1.55 μm and glass transition temperature varied in a wide range from 1.513 to 2.036 and from 265 °C to 376 °C by controlling of the TeO₂/P₂O₅ and ZnO/Na₂O content, respectively. These properties enable phospho-tellurite glasses with large freedom in designing and fabrication of hybrid microstructured optical fiber. The structures of glasses were investigated by Raman spectra to understand their dependence of structure on composition. Using the present glasses, some hybrid microstructured optical fibers with various dispersion profiles were designed.     

Enzyme biocatalyst route to superhydrophobic surfaces on microstructured poly(ethylene terephthalate) film

A tunable and green enzyme biocatalyst route to develop superhydrophobic surfaces on microstructured poly(ethylene terephthalate) (PET) films by the tailoring of the micro- and nano scale hierarchical structures is described. Upon the aminolysis of PET films with hexamethylenediamine, the primary amine groups are covalently attached onto the PET surfaces and microstructured pattern is formed. The binding of citrate-stabilized Au nanoparticles onto the PET surfaces via the covalent bond between the gold nanoparticles and the primary amine groups introduced on the PET surfaces was followed spectroscopically. The biocatalytic enlargement of the Au nanoparticles using the enzyme-generated H₂O₂ as reducing agent for the reduction of AuCl₄⁻ at the attached Au nanoparticle seeds on the PET surfaces was followed by spectroscopic means and atom force microscopy (AFM). The AFM experiments indicated that micro- and nano scale hierarchical structures were tailored by the enzyme biocatalyst route. Superhydrophobic surfaces with water contact angles as high as 158.6 ± 2.0° was achieved upon the chemisorption of 1-octadecanethiol as low surface energy material. This route can be potentially applicable to superhydrophobic PET-based microfluidic devices with reduced friction surfaces.