超疏水纳米氧化锌的制备及防覆冰抗结霜性能研究

发布时间：2017-04-04 23:02

  本文关键词：超疏水纳米氧化锌的制备及防覆冰抗结霜性能研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：航空、电力、通信和运输设备表面的覆冰和结霜现象给人们的生产、生活带来了许多的不便,甚至引起了重大经济损失。尤其是对现代工业中广泛使用的铜和不锈钢材来说,研究其抗冻结抗结霜性能将具有巨大的应用价值。近年来,科研人员受到“荷叶效应”的启发,对水滴与材料表面间接触角超过150°的超疏水表面产生了很大的研究兴趣,通过微纳结构构造和特殊物质表面涂覆改性有望实现材料表面的防覆冰和抗结霜。本论文通过水热法在铜片和304不锈钢片上制备了超疏水ZnO纳米薄膜,通过紫外光照射得到了具有不同浸润性的ZnO表面,并综合测试分析了材料表面的防覆冰和抗结霜性能。(1)通过改变种子层的制备方法和水热法的生长技术参数,制备出了不同粗糙结构的纳米ZnO薄膜。在铜片和304不锈钢片上涂覆种子层或电沉积种子层,再通过水热法制备出了纳米ZnO薄膜。经低表面物质修饰后,形成了接触角大于150°、滚动角小于5°的超疏水表面。进一步通过紫外光照射后,获得了不同接触角的纳米ZnO表面。(2)分别研究了铜片和304不锈钢基底上超疏水纳米ZnO薄膜表面的静态、动态结冰和结霜情况,发现均有防覆冰抗结霜性能。分别在-5℃、-10℃、-15℃、-20℃环境中,系统研究了不同粗糙结构的纳米ZnO表面的抗结冰效果,发现铜基底上针尖花簇状纳米结构和304不锈钢基底上花簇状纳米结构抗结冰效果最好,且纳米尺寸越小、结构越规整,抗结冰效果越好。静态结冰情况下,在-5℃、-10℃、-15℃温度下,与亲水纳米ZnO、疏水纳米ZnO、空白基底相比,超疏水纳米ZnO抗结冰效果最明显,且温度越低,抗结冰效果越差。动态结冰情况下,在-16℃温度下,亲水、疏水纳米ZnO没有抗结冰作用,超疏水纳米ZnO抗结冰作用明显。在-10℃、-16℃环境中,利用加湿器提供的小液滴进行了ZnO表面的结霜实验,与亲水、疏水纳米ZnO和空白基底相比,超疏水纳米ZnO表面开始结霜时间和霜晶铺满样品表面时间推迟时间明显,霜晶质量也始终最少,霜晶最易清除,证明超疏水纳米ZnO有抗结霜效果。(3)基底材料的选择对ZnO纳米结构的形成及其抗结冰抗结霜性能均有一定影响。在铜片和304不锈钢片上采用同种方法制备的纳米ZnO,对比其抗结冰性可知,当温度高于-10℃时,铜基样品抗结冰效果更明显,而当温度低于-10℃时,不锈钢基底抗结冰效果更明显。即使在铜和不锈钢基底上超疏水纳米ZnO具有相似结构时,在-5℃、-10℃、-15℃环境下,二者表面水滴开始结冰消耗的时间也明显不同。通过综合对比发现,铜基底上纳米ZnO的防覆冰抗结霜性能优于304不锈钢基底上的纳米ZnO材料。
【关键词】：超疏水表面 电沉积 防覆冰 抗结霜
【学位授予单位】：南昌航空大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TQ132.41;TB383.1
【目录】：

• 摘要3-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-20
• 1.1 超疏水材料介绍9-16
• 1.1.1 超疏水表面的基本理论10-14
• 1.1.2 超疏水表面的制备技术14-16
• 1.2 覆冰的危害和超疏水表面防覆冰研究现状16-17
• 1.2.1 覆冰行为的危害16
• 1.2.2 超疏水表面防覆冰研究现状16-17
• 1.3 结霜现象研究现状17-19
• 1.3.1 结霜行为的危害17-18
• 1.3.2 超疏水表面抗结霜研究现状18-19
• 1.4 论文研究的主要内容及意义19-20
• 第2章 实验部分20-29
• 2.1 实验部分20-25
• 2.1.1 实验原料与仪器设备20-21
• 2.1.2 实验原理及步骤21-25
• 2.2 超疏水纳米Zn O防覆冰抗结霜性能表征25-29
• 2.2.1 实验仪器25
• 2.2.2 实验过程25-26
• 2.2.3 实验装置26-29
• 第3章 铜片基底纳米Zn O的性能表征29-45
• 3.1 铜基纳米氧化锌的结构和表面润湿性研究29-33
• 3.1.1 成分与晶体结构分析29
• 3.1.2 种子层对纳米Zn O结构的影响29-32
• 3.1.3 水热反应锌源对纳米Zn O结构的影响32-33
• 3.1.4 纳米Zn O超疏水表面润湿性分析33
• 3.2 铜片基底纳米Zn O的防覆冰和抗结霜性能表征33-39
• 3.2.1 超疏水Zn O纳米结构对抗结冰性能的影响33-35
• 3.2.2 接触角对Zn O静态抗结冰效果的影响35-38
• 3.2.3 接触角对Zn O动态抗结冰效果的影响38-39
• 3.3 铜片基底纳米Zn O抗结霜性能表征39-44
• 3.3.1 超疏水纳米Zn O延迟结霜39-40
• 3.3.2 超疏水纳米Zn O结霜过程抗结霜40-41
• 3.3.3 超疏水纳米Zn O除霜过程抗结霜41-43
• 3.3.4 超疏水纳米Zn O霜融化43-44
• 3.4 本章小结44-45
• 第4章 304不锈钢基底纳米Zn O的性能表征45-64
• 4.1 304不锈钢片基底纳米Zn O的结构和表面润湿性研究45-49
• 4.1.1 成分与晶体结构分析45-46
• 4.1.2 种子层对纳米Zn O结构的影响46-47
• 4.1.3 阴离子对纳米Zn O结构的影响47-48
• 4.1.4 纳米Zn O超疏水表面润湿性分析48-49
• 4.2 304不锈钢片基底纳米Zn O的防覆冰性能表征49-53
• 4.2.1 超疏水Zn O纳米结构对抗结冰性能的影响49-51
• 4.2.2 接触角对Zn O静态抗结冰效果的影响51-52
• 4.2.3 接触角对Zn O动态抗结冰效果的影响52-53
• 4.3 超疏水纳米Zn O的抗结霜性能53-56
• 4.3.1 超疏水纳米Zn O延迟结霜53-54
• 4.3.2 超疏水纳米Zn O在结霜过程的抗结霜作用54-55
• 4.3.3 超疏水纳米Zn O表面霜的生长形貌55-56
• 4.4 304不锈钢片与铜片基底纳米Zn O的对比56-62
• 4.4.1 基底对纳米Zn O形貌的影响57-58
• 4.4.2 基底材料对抗结冰结霜性能的影响58-61
• 4.4.3 超疏水表面抑制水滴结冰结霜原因61-62
• 4.5 本章小结62-64
• 第5章 结论与展望64-66
• 5.1 结论64-65
• 5.2 展望65-66
• 参考文献66-70
• 攻读硕士期间发表的论文及专利70-71
• 致谢71-72

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