射频等离子体改性PTFE表面液滴撞击接触起电对润湿性的影响∗

液滴撞击固体表面是自然界的常见现象，研究超疏水表面的液滴撞击对其润湿性的影响，对于超疏水性材料的潜在应用具有重要的科学意义。采用 3、10、20 min 氧等离子体处理（OPT）和 1 min 八氟环丁烷等离子体聚合沉积（PPD）的等离子体方法改性聚四氟乙烯（PTFE）表面，获得具有不同尺寸和间距的微 / 纳米锥的超疏水 PTFE 表面，研究射频等离子体改性 PTFE 表面的液滴静态接触角、滚动角及液滴撞击动力学行为，分析在不同个数液滴撞击后 PTFE 表面的润湿性和液滴撞击行为变化，确定 PTFE 表面液滴撞击起电效应的影响机制。结果表明：通过 1~9 个液滴撞击后，PTFE 表面的静态接触角随撞击液滴数量增加而减小，导致静态接触角低于 150°；液滴滚动角随撞击液滴数量增加而增大，造成液滴滚动角高于 10°。 撞击液滴的接触时间随撞击液滴数量增加而增大，回弹系数随撞击液滴数量增加而减小。随撞击液滴数量增加，回弹液滴的正电荷和 PTFE 表面的负电压增大，PTFE 表面的负电荷对液滴产生强吸引作用，导致低粘附超疏水性被破坏。3 min OPT 和 1 min PPD 改性 PTFE 表面的纳米锥间距小，密度大，表面负电荷量增加明显，造成 PTFE 表面的疏水性降低的程度最显著。 研究结果可为改善超疏水稳定性的表面织构设计提供理论依据。     

CaSO4液滴在超疏水表面上的蒸发结晶特性研究

目的 在铝基底上制备稳定的超疏水表面,研究其表面上硫酸钙液滴的蒸发结晶特性。方法 通过简单的化学刻蚀法制备了一种超疏水表面,基于温湿度可控的可视化平台开展固着硫酸钙液滴的蒸发过程实验研究。同时,基于温度和相对湿度,开发了多变量拟合二次回归模型来描述其对液滴蒸发速率的影响。结果 基底温度为40、50、60 ℃时,硫酸钙液滴和纯水液滴在亲水铝片表面上的蒸发模式均表现为CCR模式,在超疏水铝片表面上均表现为CCA模式。在超疏水铝片表面,纯水液滴与硫酸钙液滴的蒸发模式略有不同:在蒸发后期,硫酸钙液滴边缘盐分增加,在重力和Marangoni效应作用下,外部逐渐形成盐壳,接触半径呈上升趋势,说明超疏水表面不利于盐滴的钉扎。当蒸发速率较低时,在外部更容易形成盐壳,一旦外部形成盐壳,蒸发机制即发生了变化,液滴内部水分子需要克服盐壳内外的压差,并通过盐壳扩散进一步蒸发。结论 通过固着液滴实验验证了硫酸钙液滴的蒸发模式与基底温度无关,而与基底的润湿性有关,并且液滴的蒸发速率随着相对湿度的降低和温度的升高而增大。通过R²=0.993 7的多变量拟合二次回归模型,对影响液滴蒸发的因素进行了方差分析,结果表明:在超疏水表面上温度和相对湿度对硫酸钙液滴的蒸发速率均有显著影响。研究成果为矿井水的资源化利用提供了有效的理论支撑。     

超疏水性聚合物表面宏观结构对液滴撞击行为影响∗

超疏水性表面的液滴撞击是普遍存在的现象,研究具有不同尺寸和形状宏观结构的超疏水性表面对液滴撞击行为和接触时间的影响,对于其潜在应用具有重要的理论指导作用。 采用等离子体纳米织构化方法在平整与具有矩形、半圆形和三角形宏观结构的聚乙烯表面上制备超疏水性纳米线结构,通过高速摄像机观察超疏水性聚乙烯表面的液滴撞击行为,分析撞击液滴的形状演变和接触时间变化。 研究表明:超疏水性聚乙烯表面的矩形、半圆形和三角形宏观结构可显著改变液滴的撞击行为,液滴铺展后回缩过程的缩减加速了超疏水性表面液滴的弹离,有效降低了超疏水性表面的固液接触时间。 超疏水性聚乙烯表面的矩形、半圆形和三角形宏观结构尺寸小于液滴直径时,均可造成高速撞击液滴分裂,液滴的分裂回弹导致固液接触时间进一步降低,接触时间最低可达到约 4. 8 ms。 疏水性表面的宏观结构有利于固液接触时间降低,具有宏观结构的疏水表面展现出抗水滴高速撞击的去润湿性能。     

超疏水锯齿表面振动液滴的动态特性

目的 在振动的超疏水锯齿表面上,液滴表现出明显的运动特征,探究在该过程中液滴的运动机理及影响因素。方法 采用铝片制作一系列具有一定倾角和高度的非对称锯齿状表面,使用疏水涂层Glaco Soft 99均匀喷涂,并干燥其表面,重复多次实验,直到表面具有稳定的超疏水性。加载一定的振动,对表面振动液滴的动态行为进行研究。结果 在一定的振动范围内,当频率的作用范围为10~100 Hz,振幅的作用范围为0~2 mm时,随着振动参数的增加,超疏水锯齿表面上的液滴会产生4种不同的行为,即静止、定向蠕动、跳跃、破裂等。实验表明,超疏水锯齿表面振动液滴的最快运动速度为8 cm/s。针对液滴的定向蠕动行为,运用力学分析方法,建立了液滴运动的物理模型,并分析了振动特征参数、锯齿表面参数、液滴体积对液滴运动特征的影响。结论 对于一定尺寸的液滴,存在一个由共振频率和最优振幅组成的最佳的振动加速度,可使液滴达到该条件下的最优运动速度。同时,通过改变锯齿表面的结构参数,可使液滴运动速度更快,并且随着液滴体积的增加,液滴运动速度呈现先增快、后减慢的趋势。     

润湿性表面液滴导向运动的研究进展

润湿性表面的液滴操控技术由于其在微流控系统设计、生物医学分析、淡水收集、喷墨打印以及换热器等领域具有广阔的应用而备受学者关注.详细介绍了液固接触和液滴运动的基本理论.综述了近年来国内外学者对于润湿性表面上液滴导向传输技术的研究进展,按不同的润湿性表面涉及的不同驱动力,归纳了液滴在润湿性梯度表面上受表面梯度驱动、在超疏水...     

液滴在双轨亲水轨道上的运动特性研究

目的 探究重力驱动液滴在双轨亲水轨道上的运动特性,揭示其力学机理。方法 采用喷涂法制备不锈钢超疏水表面,然后采用激光刻蚀法在超疏水表面上加工出不同类型的亲水轨道。研究液滴在不同轨道上的运动行为,讨论液滴运动状态与轨道参数之间的关系,并对液滴运动的力学特性进行分析。结果 液滴在平行双轨轨道上的运动阻力约为在单轨轨道上的1.6~2.4倍,其与轨道宽度呈正相关,与轨道间距呈负相关,且液滴运动终止时呈现出轨道中途停滞、轨道末端停滞、脱离轨道末端三种状态;液滴在非平行双轨轨道上的运动阻力与运动方向有关,由宽端至窄端的运动阻力较由窄端至宽端更小,前者约为后者的90.7%。结论 液滴在轨道上的运动阻力主要受液滴与亲水轨道的接触面积影响。当平行双轨轨道的间距增大时,液滴在垂直轨道的方向上拉伸效果增强,液滴将沿平行轨道的方向收缩,铺展长度减小,由此液滴与亲水轨道的接触面积减小,从而降低了液滴运动阻力;而液滴在非平行轨道不同运动方向上的阻力差异与液滴的表面张力有关。     

凹槽结构强化液滴合并弹跳的数值研究

目的 为研究凹槽结构对液滴合并弹跳现象的影响,提高液滴自弹跳的速度和能量转化率。方法 通过有限元方法模拟,研究了液滴在凹槽结构上的动态行为和槽深H、槽宽W及液滴尺寸对V型槽和矩形槽上液滴的弹跳速度、无量纲速度、表面能转化率、动量和总动能的影响。结果 凹槽内与槽外液滴间的合并弹跳包含液滴接触、产生液桥、三相线收缩和液滴弹离表面4个过程;宽高比相同时,液滴弹跳速度和表面能转化率均随液滴半径先增大后减小,凹槽宽高比为1.5,液滴合并弹跳半径为0.25 mm工况下表面能转化效率最高;矩形槽与V型槽,宽高比为1.5,液滴合并弹跳半径为0.25 mm时,液滴弹跳速度与表面能转化率随半径比先增大后减小,在半径比为1时达到峰值,二者表面能转化率最大值为27.87%和30.66%。槽宽恒定时,凹槽结构强化液滴合并弹跳存在最佳凹槽宽高比和最优弹跳半径,V型槽提升液滴弹跳效率比矩形槽高约12%。结论 合并后液滴撞击V型槽侧壁的反作用力使液滴旁瓣较矩形槽更早受到侧壁面抑制而发生回流,从而提升了其能量转化效率,减少了液滴的振荡损失与黏性耗散。研究结果在设计高效的自清洁功能表面、提高冷凝表面换热效率、预防和抑制换...     

结霜前期纳米结构超疏水表面的凝结-冻结特性

研究结霜前期水蒸气在超疏水表面的凝结-冻结特性,有利于揭示超疏水表面的抑霜机理以及加深对结霜过程的认知。利用溶液刻蚀-沸水法制备了具有纳米结构的铝基表面,水滴与其形成的接触角达161.1°。通过微细观可视化观测,揭示结霜前期纳米结构超疏水表面的凝结-冻结特性,并与接触角为86.5°的裸露铝表面进行了对比分析。结果表明,超疏水表面凝结液滴的形状、尺寸和分布密度与裸露表面均存在差异,且液滴的冻结时间和冻结速率也不同。超疏水表面的液滴从17 min开始冻结,直到26 min才全部冻结,而裸露表面的液滴在4 min内就全部冻结。超疏水表面的纳米结构导致其与凝结液滴间的热阻增大,导热过程被削弱,从而抑制了液滴的生长与冻结。     

织构化表面优化设计及应用的研究进展∗

作为改善摩擦表面界面性能的有效途经,表面织构现已成为摩擦学领域和表面工程领域的研究热点之一,但是表面织构的机理研究以及织构优化设计体系尚未完善。 首先从表面织构的承载机理和抗磨机理研究出发,揭示了织构表面润滑改善原因。 其次从表面织构的形状优化、分布优化和目标优化算法三个方面总结了表面织构的优化设计体系,综述了表面织构优化设计的研究进展。 最后介绍了表面织构在工业应用的研究现状。 表面织构的性能受结构参数及分布参数影响较大,而多参数协同优化设计为解决该问题的有效方法。 随着不断深入地对承载机理和抗磨机理、优化体系中关键技术以及不同领域应用的研究,以“机理-优化-应用”为思路的表面织构理论与设计体系有望形成。     

35钢表面喷丸微纳米化蒸发镀铝处理后的性能研究

采用喷丸方法对35钢轮胎模具进行表面处理,然后再蒸发镀上一层致密的铝膜之后,研究了轮胎模具表面形成微纳结构组织性能的变化.研究讨论微纳结构镀铝膜对35钢表面的硬度、耐磨性能以及疏水性能的影响.结果表明:表面可以有效表面地提高模具的脱模性和疏水性,延长模具使用寿命.     

直流电弧等离子体法制备纳米锌粉及机理

采用自行研制的高真空三枪直流电弧等离子体蒸发金属纳米粉体连续制备设备,制备出平均粒径在30～45 nm的纳米锌粉.利用XRD、XRF、TEM以及Simple PCI软件等测试手段对样品的晶体结构、成分、形貌和粒径分布进行表征,并从产率和粒径方面对纳米锌粉的制备机理进行了探讨.结果表明,氢气的加入提高了熔体温度,增加了实际蒸发面积;等离子体产生的过冷度,以及由于循环风量的增加而加剧锌蒸气分子的碰撞形成的过冷度,保证了锌蒸气细小晶核的形成.     

斜锥表面液滴的定向流动特性

目的 研究液滴在斜锥表面的定向流动特性，揭示液滴在斜锥表面的定向输运机理。方法 以斜锥表面液滴运动行为为研究对象，通过数值模拟技术提取液滴动力学参数，探讨不同斜锥结构参数对液滴自输运行为的影响。结果 液体内部速度的不均匀分布导致液滴内部产生速度涡旋，在泰勒毛细升力的作用下，斜锥间隙产生了涡量较大的速度主涡旋，液滴内部产生了涡量较小的速度次涡旋。在液滴定向输运过程中，2种涡旋的旋转方向与液滴的输运方向保持一致。液滴自输运过程伴随着表面能、动能的相互转化。在铺展收缩阶段，液滴的形变量较大，固–液接触面积和液滴的表面能先增大再减小，液滴运动速度却先减小再增大。在稳定输运阶段，液滴的表面能和速度基本保持不变。泰勒毛细升力和斜锥间隙中的不平衡毛细力驱使液体不断填充斜锥间隙。液滴在斜锥表面受到不平衡的钉扎阻力，使得液滴左侧更易脱钉，保证整个液滴向右无损输运。结论 可为揭示液滴在斜锥表面的流动特性和自输运机理提供理论支持，指导研制以斜锥结构为仿生原型的机械功能表面。     

Mechanism of Activation of Polymer Surfaces by Mixed Stannous Chloride/Palladium Chloride Catalysts

Mixed stannous chloride/palladium chloride catalysts are often used to activate etched ABS surfaces prior to electroless nickel or copper deposition. Little is known of the nature or activation mechanism of the catalyst. The nature of the catalyst was investigated using nephelometry and electron diffraction. No evidence for the existence of colloidal metallic palladium was found. The active component of the catalyst is thought to be a complex chloride of tin (II) and palladium (II). The major species present on the ABS surface at each step of the pretreatment cycle were identified using electron diffraction. A mechanism of activation was proposed involving hydrolysis of an adsorbed chloride complex within the ABS surface. On subsequent treatment with ammonium bifluoride accelerator, a surface redox reaction is presumed to occur between the hydrolised species forming active palladium nuclei: Sn (II) + Pd (II) = Sn(IV) + Pd (0). The process variables were also investigated. It was found that immersion times in all pretreatment solutions including rinses had a direct influence on induction period.     

超疏水材料表面冷凝液滴自移除及液滴尺寸分布规律

目的优化电化学沉积法制备氢氧化铜纳米结构的实验参数,探究不同润湿性表面冷凝液滴尺寸分布规律。方法采用正交试验法,综合考虑电解液浓度、反应温度、极化时间、电流密度对接触角的影响,并通过SEM分析其表面形貌。同时,基于MATLAB软件,提出一种能快速精确识别、提取并统计冷凝液滴特征值的图像处理方法。结果正交试验最优参数为浓度0.5mol/L、温度5℃、时间2000s、电流密度4 mA/cm^2,此时样品表面接触角高达168.8°,滚动角小于3°。冷凝实验结果显示,在超疏水表面,冷凝液滴会频繁的合并自移除,液滴平均粒径最小,粒径在1~10μm范围内的液滴占比维持在50%左右;而在疏水与亲水样表面,冷凝液滴仅能发生合并现象,液滴平均粒径显著增大;冷凝后期,超疏水、疏水与亲水样表面冷凝液滴密度分别稳定在2000、1000、360 mm-2左右。结论纳米针结构能最大限度地降低固液接触面积,降低冷凝液滴粘附力,提高冷凝液滴合并自移除频率,减少冷凝液滴直径,提高冷凝液滴更新率,有望实现高效冷凝传热。同时通过与Image-J图像处理结果比对,验证了该冷凝液滴尺寸分布图像处理方法的可行性。     

Deformation of Alumina Droplets on Micro-Patterned Substrates Under Plasma Spraying Conditions

The deformation of plasma-sprayed alumina droplets of 35-55 μm diameter d with an impact velocity of around 90 m/s has been investigated over various micro-patterned substrates with an arithmetic mean roughness of 0.5 μm. On a line-and-space pattern, droplets exhibited elliptical splats extending in the direction perpendicular to the line, when the normalized pattern spacing λ (= x/d) was 0.1-0.3, where x is the pattern spacing. The fingering of the splats was also caused by a concave pattern as well as by a convex pattern and the number of fingers significantly increased at λ = 0.2. In addition, holes suggesting air entrapment were observed off center in the bottom side of each splat by approximately 1.5 times the radius of the droplets, regardless of the pattern. These results suggest the importance of the surface design of substrate on the micrometer scale in plasma spraying.     

十二烷基硫酸钠水溶液液滴在微凹槽阵列PDMS表面上的电润湿行为实验研究

目的 研究十二烷基硫酸钠(Sodium dodecyl sulfate, SDS)水溶液液滴在微凹槽阵列聚二甲基硅氧烷(Polydimethylsiloxane, PDMS)表面的电润湿行为特征。方法 采用注入析出法，测量含KCl的SDS水溶液液滴在微凹槽阵列非浸润表面的接触角滞后。通过施加直流电压，研究SDS浓度和表面粗糙度对含KCl的SDS水溶液液滴的电润湿行为的影响。结果 微凹槽阵列非浸润表面表现出较强的润湿各向异性，与平行于微凹槽方向上的表观接触角(110°≤θ_e≤141°)、前进角(116°≤θ_a≤144°)和后退角(99°≤θ_r≤137°)相比，垂直于微凹槽方向上的表观接触角(142°≤θ_e≤165°)、前进角(159°≤θ_a≤177°)和后退角(118°≤θ_r≤140°)普遍更大。当表面固定时，水溶液液滴电润湿的启动电压和饱和电压，以及发生润湿状态转变所需的电压均随着SDS浓度的增加而减小。当水溶液中SDS的浓度固定时，沿垂直于凹槽方向的启动...