大气压等离子体气相沉积制备超疏水表面及其防冰研究

发布时间：2017-12-15 14:41

  本文关键词：大气压等离子体气相沉积制备超疏水表面及其防冰研究

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【摘要】：随着科技的进步,大气压等离子体技术在基础及应用研究方面都得到迅速的发展,制备超疏水性表面是其中较热门的研究方向。大气压等离子体技术在开放环境下制备超疏水薄膜,具有结构简单、成本低、能量消耗少、易操作等众多优点。超疏水性表面具有特殊的的应用,如自清洁、防腐蚀、防覆冰等。本文采用大气压等离子体气相沉积方法制备超疏水薄膜,并研究超疏水薄膜在低温条件下的预防覆冰效果,主要内容包括:(1)介绍了本文的研究背景及防覆冰的多种传统方法,并指出超疏水表面是一种潜在有效的覆冰预防手段。另外简要介绍了超疏水性表面的理论模型及影响因素,对“荷叶效应”等自然界超疏水性状态进行了简要的分析,得出表面微观结构对疏水特性影响很大。同时对制备超疏水性表面的各种方法做了简要介绍,以及说明本文选择大气压等离子体气相沉积方法制备超疏水性表面的原因。(2)设计了一套大气压等离子体气相沉积装置,其中等离子体射流源由针-管介质阻挡放电结构组成。通过此装置成功制备出超疏水性薄膜,薄膜表面接触角高达160度,滚动角低于3度。调节制备参数发现在低电压幅值、低间距、高单体流量的条件下薄膜的疏水效果最佳;同时对气相沉积过程中的等离子体放电特性进行了实验分析,伏安特性和功率显示沉积过程中放电较稳定;辐射光谱(OES)测试表明六甲基二硅氮烷(HMDSN)单体在放电作用下被裂解并与空气中的氧气发生反应,产生大量C-H、C-O等基团沉积在玻璃基底表面;使用热成像仪对玻璃基底温度进行监测,结果表明基底温度越低制备的薄膜质量越好。(3)表面形貌测试表明制备的超疏水薄膜具有类似荷叶的微纳米凸起微观结构,并具有较高粗糙度(相比较于普通玻璃表面,粗糙度提高两个量级);表面化学成分测试结果表明超疏水薄膜含有大量低表面能的疏水基团,薄膜具有极低的表面能。(4)自清洁能力是超疏水性表面的一个重要性能评价标准,水滴在超疏水性表面滚落过程中可以将污秽携带走,达到清洗效果;同时,防腐蚀是超疏水性表面的另一个重要性能评价标准,实验结果表明所制备的超疏水薄膜能够有效预防强酸强碱的腐蚀作用,保护基底并达到防腐蚀效果。(5)最后本文基于制备的超疏水表面,对预防覆冰展开了实验研究,发现低温情况下超疏水表面能够有效延长静止水滴的结冰时间,当玻璃基底稍微倾斜时、在重力作用下水滴极易从超疏水表面滑落,能够显著预防表面覆冰的发生。进一步分析发现,超疏水表面的覆冰预防效果与环境的温度、湿度直接相关,湿度较大情况下由于表面易发生结霜,导致表面逐渐结冰。
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TB383.2

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本文编号：1292356