激光制备润湿性梯度Janus网对水下气泡的单向自发运输

发布时间：2020-12-26 21:53

　　特殊润湿性表面的水下气泡操控因在工业生产中具有潜在的应用而受到极大关注.通过激光烧蚀、表面化学修饰、修饰剂去除、热板退火调控润湿性等工艺制备了润湿性梯度可控的Janus网,并通过监测水下气泡单向自发运输的动态过程,研究了该Janus网表面润湿性及微孔尺寸对水下气泡单向自发运输的影响.结果表明:Janus网上下表面为超疏水/亲水、疏水/亲水或超疏水/疏水时,均具有气泡单向自发输送能力;微孔尺寸越小、上下表面间润湿性梯度越大越有利于气泡单向自发运输.此外,对气泡单向自发运输的物理机制和影响因素进行分析,为梯度润湿性金属网的制备提供了理论依据. 

【文章来源】：厦门大学学报(自然科学版). 2020年04期 北大核心

【文章页数】：7 页

【部分图文】：

激光加工系统（a）和Janus网制备流程（b)

水下气泡自发运输实验在自制的装置上完成，实验系统如图2(a）所示．主要包括样品支架、微注射器、计算机、相机等图像采集系统．微注射器通过固定在水槽底部的微注射针头向微孔阵列表面注射气体，微注射器针头末端与样品垂直．水槽上面安装带有专用夹具的支架，用于水平固定样品．样品水下深度通过游标卡尺测量．图像采集系统包括相机、微距放大镜头、LED光源．计算机与图像采集系统联接，进行实时监测．气体收集装置如图2(b）所示．样品固定于20mL微注射器针筒底部，顶部通过软管接入装水的烧杯，用以观察气体的收集情况．注射器用夹具夹住并没入水槽中，微注射器针头固定在水槽底并通过细软管与微气泵连接，气泵出来的气体通过微针头向微孔阵列表面输送．2.2 测量方法

激光烧蚀是在材料表面获得不同表面形貌的有效方法．通过调整激光加工参数，可在材料表面构建不同尺度的微纳米结构，从而控制材料表面的润湿性[17]．激光烧蚀后的铝板表面形貌如图3所示：从图中可见样品表面均匀分布有微孔和微沟槽（图3(a））；进一步放大可见微沟槽形状近似V形，侧壁分布有类似鱼鳞状的微结构（图3(b））；微沟槽网格单元的中间区域为激光未烧蚀区，上面分布有大量的微纳米尺度的颗粒（图3(c））；进一步放大微颗粒，可见微颗粒形似椰菜花状，上面布满更小尺度的纳米粒子（图3(d））．微孔和微沟槽的形成是由于激光的高能量使受热区域的金属熔化，产生大量的熔融物质，具有极高动能的熔融物质从消融区中被挤出后，重新在激光未烧蚀区凝固形成微纳米凸起[18]．微纳米凸起的高度和微纳米粒子的数量与激光扫描次数有关，激光的多次扫描和固定位置的脉冲照射会产生更深的沟槽和更大尺寸的微粒子沉积，使表面微纳米粒子更加丰富，制备的样品表现出更好的超疏水/亲水性．3.2 表面润湿性


本文编号：2940514