激光技术制备超疏水表面及其防覆冰性能的研究

发布时间：2020-05-18 14:38

【摘要】：仿生超疏水材料有着广泛的应用前景和巨大的实用价值,具有自清洁、油水分离、防腐蚀、减阻与集水、防覆冰、防雾、提升轮船浮力、电气绝缘防闪络、制做微流体器件等作用,可用于房屋建筑、水处理、金属防护、流体减阻、航空航海、电力电子系统、实验室芯片系统、生物医药等众多领域,一直是人们研究的热点。防覆冰是超疏水材料主要应用之一,表面积雪、覆冰是常见的自然现象,但是其有时给人们的日常生产生活造成严重不便,甚至威胁着人们的生命财产安全,带来灾难。现行的除冰方式有很多种,如机械除冰、热力除冰、化学喷洒除冰、超声振动除冰、电磁脉冲除冰等,这些基于热力、电力、人力等被动除冰方式不仅耗时耗力、耗能、效率低且成本昂贵,并不能从根本上解决这一问题。超疏水表面可有效主动地防止表面覆冰的发生,有望解决这一难题。本课题致力于超疏水表面的制备及其防覆冰性能的基础研究,使用两种激光技术对聚四氟乙烯表面进行微加工制备超疏水表面,主要做了以下工作:(1)介绍了超疏水相关基础理论、制备方法及其在不同领域的应用,总结了超疏水材料表面粗糙结构、粗糙颗粒尺度、机械强度及低温高湿环境等几个主要影响超疏水材料防覆冰性能的因素,针对目前难以消除的影响因素,引出并介绍了具有自迁移、易修复及自治愈性能的功能型超疏水材料,综述了功能型超疏水材料的研究状况。(2)飞秒激光技术广泛应用于生物、医学及各种材料的微纳加工,使用钛宝石飞秒激光对聚四氟乙烯表面进行微加工,得到微沟槽结构,制备超疏水表面,研究了不同的沟槽间距对表面疏水性能及各向异性的影响。(3)使用二氧化碳气体激光器对聚四氟乙烯表面进行微加工制备超疏水表面,研究了激光加工不同条纹间距、不同加工次数及不同加工功率对表面形貌及浸润性的影响,接触角最高达168.36°,还探究了其各向异性和自清洁性能。(4)使用自制的结冰监测系统对制备出的聚四氟乙烯超疏水表面的静态和动态水滴防覆冰性能进行了探究,并结合一维传热理论和经典成核理论对实验结果进行了分析。
【图文】：

超疏水,荷叶,微观,表面

到超疏水然，人类在漫长的历史长河中不断向自然学习，从而顺应与改展进步。许多科学技术皆源自仿生。源于荷叶出淤泥而不染特始了对具有“荷叶效应”超疏水材料的研究。1997 年，Barthlo叶表面具有超疏水和保持表面干净的特性是由于表面微米级和低表面能蜡状物质共同作用的结果。而江雷院士课题组研究米级的乳突结构上还存在纳米结构，他们认为微纳复合粗糙结面超疏水直接的原因[2]，如图 1-1 所示。

结构图,水黾,腿部,固体表面

图 1-2 水黾在水面及其腿部微纳结构图 1-3 蝉翼及其超疏水表面微观结构疏水基础理论oung’s 方程湿是固体界面由固-气界面转变为固-液界面的现象，而润湿性是指面铺展的能力或倾向性。浸润性由物体表面的化学组成和微观粗糙，，是反应固体表面的重要特性之一[5]。固体表面浸润性通常用接触
【学位授予单位】：湖北师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TN249;TB306

【参考文献】