低表面能仿生微纳表面的制备及减阻性能研究

发布时间：2024-05-23 01:50

　　随着我国海洋事业的蓬勃发展,对海上船舶和水下航行器的快速性和续航能力提出了越来越高的要求,由此带来的能源消耗和碳排放问题也引起了人们的广泛关注。减小摩擦阻力、实现节能减排成为一项重要的研究课题。国内外研究学者在表面减阻方面做了大量的机理分析和实验论证工作,但其中大多数方法由于设备要求高、工艺过程复杂等原因而限制了在工程实际中的推广和应用。 本文在参考目前减阻技术研究的基础上,提出了一种基于聚合物涂层自组装技术制备低表面能仿生微纳结构表面的方法。利用涂层自组装过程中溶剂挥发引起的毛细力、界面张力、温度梯度等力学作用,使微纳米颗粒在平衡状态下自发的组装、堆积成热力学稳定的三维有序微米-纳米复合结构。该方法通过模拟荷叶表面自清洁功能,实现涂层表面宏观化学特性与微观物理结构的有机统一,为微纳复合结构超疏水表面的工程应用提供一条可供借鉴的技术路线。 (1)结合材料的功能特性和性价比,确定了成膜物质、颜料、助溶剂等原料的种类和用量,在实验基础上得到了优化的涂料组分配比。利用机械化学和超声分散等方法对团聚的纳米粒子进行改性分散并制备得到复合粒径在5μ m～15μ m之间的微纳复合粒子。 (2)利用自...

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【学位级别】：硕士

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摘要
Abstract
1 绪论
    1.1 研究背景和意义
    1.2 国内外减阻技术研究现状
        1.2.1 柔顺壁面减阻技术
        1.2.2 表面沟槽减阻技术
        1.2.3 微气泡减阻技术
        1.2.4 仿生疏水/超疏水表面减阻技术
        1.2.5 低表面能涂层减阻技术
    1.3 仿生微纳疏水/超疏水表面的制备方法
        1.3.1 模板法
        1.3.2 相分离法
        1.3.3 电化学法
        1.3.4 自组装法
    1.4 本文工作内容
2 低表面能微纳复合结构涂层的制备
    2.1 原材料的选取
        2.1.1 成膜物质的选择
        2.1.2 颜料的选择
        2.1.3 陶瓷粉体的选择及微纳复合粒子制备
        2.1.4 溶剂和表面助剂的选择
    2.2 涂装实验装置的选型与研制
        2.2.1 喷枪的选型
        2.2.2 空气压缩机的确定
        2.2.3 涂装平台的研制
    2.3 涂料的制备工艺
        2.3.1 涂料组分配比
        2.3.2 原料组成物的分散
        2.3.3 原料混合物的研磨
    2.4 微纳复合结构涂层的成型加工
        2.4.1 喷涂前表而处理
        2.4.2 涂料的混合复配
        2.4.3 空气喷涂成膜
        2.4.4 干燥固化成型
    2.5 本章小结
3 涂层性能表征及相关工艺参数关联分析
    3.1 涂层机械力学性能测试
    3.2 涂层表面形貌特征测试与分析
    3.3 涂层接触角及表面能测试与分析
    3.4 微纳粒径比对涂层表面微观结构和接触角的影响
    3.5 温度变化与界面自由能的关联分析
    3.6 自组装法构建低表面能微纳结构的作用机理分析
    3.7 本章小结
4 仿生微纳结构涂层表面的减阻性能研究
    4.1 涂层表面减阻实验研究
        4.1.1 流阻测试实验方法
        4.1.2 流阻实验装置的研制
        4.1.3 涂层减阻实验及结果分析
    4.2 涂层减阻机理的数值分析
        4.2.1 模型建立
        4.2.2 计算结果与分析
    4.3 本章小结
结论
参考文献
攻读硕士学位期间发表学术论文情况
致谢



本文编号：3980829