竹叶表面的结露结霜特性及仿生制备研究
发布时间：2021-07-10 06:53
结露和结霜是发生在气/固界面上的气-液/气-固相变行为,往往会导致工程设备效率降低,能耗增加,因此预防或延迟结露结霜现象的发生具有重要意义。竹叶的正反表面在相同的环境条件下表现出不同的结露/结霜行为,为探究其原因,本文对竹叶的微观形貌、润湿性和结露结霜行为进行了观测。研究发现,蜡质层、纳米针状结构以及表面润湿性的差异是引起竹叶正反两面结露结霜性能不同的原因。对于竹叶反面,高接触角增大了水蒸气相变成核时的热力学势垒;蜡质层和较小的接触面积减小液滴的阻滞功,纳米针状结构提供较大的拉普拉斯压力驱使液滴向上运动,因此微液滴合并释放的表面能驱动液滴发生弹跳,延缓了结露过程。微液滴在竹叶表面的实际接触面积会影响结霜过程中的液滴冻结和霜晶生长,相比竹叶正面,与微液滴接触面积更小的竹叶反面具有更优的抗结霜性能。为进一步探究竹叶表面的结露结霜特性与微结构、低表面能及润湿性的联系,基于竹叶表面的微观形貌设计了仿生结构。采用电火花线切割加工构建仿生结构Ⅰ,采用激光加工和溶胶凝胶-水热法构建仿生结构Ⅱ,以润湿性为评价标准优化加工参数,实现仿生结构表面的制备。采用结露结霜试验台对仿生表面的结露结霜性能进行测试。...
【文章来源】：长春理工大学吉林省
【文章页数】：59 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
结露结霜的典型案例(a)空调出风口处结露；(b)冰箱内部压缩机结霜
ソ呛偷驼掣搅Φ暮梢侗砻婺芄灰种平崧断窒蟆Ｈ欢??验结果却表明，荷叶表面的抗结露效果并不理想。Cheng[10]等发现，放置在荷叶表面的液滴可以迅速滚走，表现出优异的超疏水性和低粘性；如果将荷叶放置于结露环境中，当水蒸气在其表面结露后，荷叶表面便失去了原有的超疏水性。他们猜测，凝结的微液滴可能浸入到荷叶表面的乳突结构中，将贮藏的空气挤出，因此导致荷叶表面失去了超疏水性。为了验证这个猜想，他们通过环境扫描电镜（ESEM）对荷叶表面的结露过程进行了观察[11]。他们发现，露珠底部被荷叶表面的凸起刺穿了（图1.4）。虽然这些露珠在荷叶表面的表观接触角仍然较大，但由于底部被刺穿，这些露珠被“扎”在了荷叶表面上难以脱附。图1.4荷叶表面的结露过程[11]Narhe[12]等对具有不同微米结构的超疏水表面进行了结露试验，结果表明这些表面的露珠最终会呈现Wenzel状态。陈晓玲[13]等利用偏光显微镜和接触角测量仪对制备的超疏水表面的结露特性进行了研究，他们发现水蒸气会在表面微结构的内部形成液滴，这些液滴会以Wenzel状态与材料表面接触，这使得试样表面的疏水性被破坏，Jung[14]等利用ESEM观察具有微米硅柱阵列的超疏水表面的结露过程后得到了类似的结果（图1.5）。Miljkovic[15]等发现，在水蒸气饱和度较高的条件下，超疏水表面的结露液滴会从Cassie状态转变为Wenzel状态并形成水膜铺展在试样表面。有研究学者试图通过外加振动[16]将超疏水表面的Wenzel状态的结露液滴转化为Cassie状态，从而使液滴容易脱离表面。由此可见，如何使结露液滴保持Cassie状态，是制备抗结露表面的关键。图1.5超疏水表面的微小冷凝液滴合并过程[14]Chen[17]等通过微机械加工和沉积法制备了具有高纵宽比纳米结构的超疏水表面，结露
观接触角仍然较大，但由于底部被刺穿，这些露珠被“扎”在了荷叶表面上难以脱附。图1.4荷叶表面的结露过程[11]Narhe[12]等对具有不同微米结构的超疏水表面进行了结露试验，结果表明这些表面的露珠最终会呈现Wenzel状态。陈晓玲[13]等利用偏光显微镜和接触角测量仪对制备的超疏水表面的结露特性进行了研究，他们发现水蒸气会在表面微结构的内部形成液滴，这些液滴会以Wenzel状态与材料表面接触，这使得试样表面的疏水性被破坏，Jung[14]等利用ESEM观察具有微米硅柱阵列的超疏水表面的结露过程后得到了类似的结果（图1.5）。Miljkovic[15]等发现，在水蒸气饱和度较高的条件下，超疏水表面的结露液滴会从Cassie状态转变为Wenzel状态并形成水膜铺展在试样表面。有研究学者试图通过外加振动[16]将超疏水表面的Wenzel状态的结露液滴转化为Cassie状态，从而使液滴容易脱离表面。由此可见，如何使结露液滴保持Cassie状态，是制备抗结露表面的关键。图1.5超疏水表面的微小冷凝液滴合并过程[14]Chen[17]等通过微机械加工和沉积法制备了具有高纵宽比纳米结构的超疏水表面，结露试验表明，该表面在结露试验中和试验后均能使结露液滴保持Cassie状态。他们
【参考文献】：
期刊论文
[1]结霜初期超疏水表面液滴生长的规律[J]. 赵伟,梁彩华,成赛凤,罗倩妮. 中南大学学报(自然科学版). 2020(01)
[2]超疏水表面上多液滴合并触发液滴弹跳现象的理论分析[J]. 褚福强,吴晓敏,朱毅. 工程热物理学报. 2017(02)
[3]超疏水翅片表面的抑霜机理和融霜特性[J]. 汪峰,梁彩华,张小松. 工程热物理学报. 2016(05)
[4]翅片表面特性对结霜过程影响的实验研究[J]. 梁彩华,汪峰,吕艳,范晨,吴春晓,张小松,张友法. 东南大学学报(自然科学版). 2014(04)
[5]二穗短柄草表皮蜡质组成分析及蜡质显微结构观察[J]. 李婷婷,张芸芸,孙瑜琳,王艳婷,王美玲,胡世玮,汪勇,史雪,权力,王中华. 麦类作物学报. 2014(07)
[6]超疏水铝合金表面的制备及耦合机理分析[J]. 弯艳玲,廉中旭,娄俊,于化东. 中国表面工程. 2014(04)
[7]防冰融冰型涂料的研究进展[J]. 范永康,刘晓芳,白康,魏铭. 化工新型材料. 2014(05)
[8]铝基超疏水表面抗结霜特性研究[J]. 周艳艳,于志家. 高校化学工程学报. 2012(06)
[9]纳微结构疏水表面结霜过程及抑霜特性[J]. 丁云飞,殷帅,廖云丹,吴会军. 化工学报. 2012(10)
[10]采用模糊控制技术的电气设备防凝露控制器[J]. 林伟,汪金刚. 哈尔滨理工大学学报. 2012(02)
博士论文
[1]基于润湿性的植物叶面截留降水和降尘的机制研究[D]. 王会霞.西安建筑科技大学 2012
硕士论文
[1]滴状冷凝液滴微观特征及传热机制[D]. 王爱丽.大连理工大学 2010
本文编号：3275421
【文章来源】：长春理工大学吉林省
【文章页数】：59 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
结露结霜的典型案例(a)空调出风口处结露；(b)冰箱内部压缩机结霜
ソ呛偷驼掣搅Φ暮梢侗砻婺芄灰种平崧断窒蟆Ｈ欢??验结果却表明，荷叶表面的抗结露效果并不理想。Cheng[10]等发现，放置在荷叶表面的液滴可以迅速滚走，表现出优异的超疏水性和低粘性；如果将荷叶放置于结露环境中，当水蒸气在其表面结露后，荷叶表面便失去了原有的超疏水性。他们猜测，凝结的微液滴可能浸入到荷叶表面的乳突结构中，将贮藏的空气挤出，因此导致荷叶表面失去了超疏水性。为了验证这个猜想，他们通过环境扫描电镜（ESEM）对荷叶表面的结露过程进行了观察[11]。他们发现，露珠底部被荷叶表面的凸起刺穿了（图1.4）。虽然这些露珠在荷叶表面的表观接触角仍然较大，但由于底部被刺穿，这些露珠被“扎”在了荷叶表面上难以脱附。图1.4荷叶表面的结露过程[11]Narhe[12]等对具有不同微米结构的超疏水表面进行了结露试验，结果表明这些表面的露珠最终会呈现Wenzel状态。陈晓玲[13]等利用偏光显微镜和接触角测量仪对制备的超疏水表面的结露特性进行了研究，他们发现水蒸气会在表面微结构的内部形成液滴，这些液滴会以Wenzel状态与材料表面接触，这使得试样表面的疏水性被破坏，Jung[14]等利用ESEM观察具有微米硅柱阵列的超疏水表面的结露过程后得到了类似的结果（图1.5）。Miljkovic[15]等发现，在水蒸气饱和度较高的条件下，超疏水表面的结露液滴会从Cassie状态转变为Wenzel状态并形成水膜铺展在试样表面。有研究学者试图通过外加振动[16]将超疏水表面的Wenzel状态的结露液滴转化为Cassie状态，从而使液滴容易脱离表面。由此可见，如何使结露液滴保持Cassie状态，是制备抗结露表面的关键。图1.5超疏水表面的微小冷凝液滴合并过程[14]Chen[17]等通过微机械加工和沉积法制备了具有高纵宽比纳米结构的超疏水表面，结露
观接触角仍然较大，但由于底部被刺穿，这些露珠被“扎”在了荷叶表面上难以脱附。图1.4荷叶表面的结露过程[11]Narhe[12]等对具有不同微米结构的超疏水表面进行了结露试验，结果表明这些表面的露珠最终会呈现Wenzel状态。陈晓玲[13]等利用偏光显微镜和接触角测量仪对制备的超疏水表面的结露特性进行了研究，他们发现水蒸气会在表面微结构的内部形成液滴，这些液滴会以Wenzel状态与材料表面接触，这使得试样表面的疏水性被破坏，Jung[14]等利用ESEM观察具有微米硅柱阵列的超疏水表面的结露过程后得到了类似的结果（图1.5）。Miljkovic[15]等发现，在水蒸气饱和度较高的条件下，超疏水表面的结露液滴会从Cassie状态转变为Wenzel状态并形成水膜铺展在试样表面。有研究学者试图通过外加振动[16]将超疏水表面的Wenzel状态的结露液滴转化为Cassie状态，从而使液滴容易脱离表面。由此可见，如何使结露液滴保持Cassie状态，是制备抗结露表面的关键。图1.5超疏水表面的微小冷凝液滴合并过程[14]Chen[17]等通过微机械加工和沉积法制备了具有高纵宽比纳米结构的超疏水表面，结露试验表明，该表面在结露试验中和试验后均能使结露液滴保持Cassie状态。他们
【参考文献】：
期刊论文
[1]结霜初期超疏水表面液滴生长的规律[J]. 赵伟,梁彩华,成赛凤,罗倩妮. 中南大学学报(自然科学版). 2020(01)
[2]超疏水表面上多液滴合并触发液滴弹跳现象的理论分析[J]. 褚福强,吴晓敏,朱毅. 工程热物理学报. 2017(02)
[3]超疏水翅片表面的抑霜机理和融霜特性[J]. 汪峰,梁彩华,张小松. 工程热物理学报. 2016(05)
[4]翅片表面特性对结霜过程影响的实验研究[J]. 梁彩华,汪峰,吕艳,范晨,吴春晓,张小松,张友法. 东南大学学报(自然科学版). 2014(04)
[5]二穗短柄草表皮蜡质组成分析及蜡质显微结构观察[J]. 李婷婷,张芸芸,孙瑜琳,王艳婷,王美玲,胡世玮,汪勇,史雪,权力,王中华. 麦类作物学报. 2014(07)
[6]超疏水铝合金表面的制备及耦合机理分析[J]. 弯艳玲,廉中旭,娄俊,于化东. 中国表面工程. 2014(04)
[7]防冰融冰型涂料的研究进展[J]. 范永康,刘晓芳,白康,魏铭. 化工新型材料. 2014(05)
[8]铝基超疏水表面抗结霜特性研究[J]. 周艳艳,于志家. 高校化学工程学报. 2012(06)
[9]纳微结构疏水表面结霜过程及抑霜特性[J]. 丁云飞,殷帅,廖云丹,吴会军. 化工学报. 2012(10)
[10]采用模糊控制技术的电气设备防凝露控制器[J]. 林伟,汪金刚. 哈尔滨理工大学学报. 2012(02)
博士论文
[1]基于润湿性的植物叶面截留降水和降尘的机制研究[D]. 王会霞.西安建筑科技大学 2012
硕士论文
[1]滴状冷凝液滴微观特征及传热机制[D]. 王爱丽.大连理工大学 2010
本文编号：3275421
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