基于飞秒激光在钛箔表面诱导微孔阵列实现油水/油油分离以及气泡拦截/收集功能的研究

发布时间：2023-02-08 09:26

　　飞秒激光以其脉冲短、能量高和热影响区域小等优点,广泛地应用在激光微纳加工领域。研究人员将激光微纳加工与仿生理念相结合,对设计特殊润湿功能的微纳结构有重要的意义。本文主要通过对飞秒激光加工参数的合理选择,成功制备出具有微孔阵列的钛箔样品,实现了油水分离和不相溶有机溶剂分离的多重功能。同时,通过调谐溶液表面张力的变化可以实现微孔阵列钛箔对气泡的选择性收集的功能,具有实际的应用价值。全文内容主要包括以下几部分:(1)利用飞秒激光钻孔法制备了多功能的微孔阵列,实现了油水和油油的分离功能。这种新型的加工方法有许多优点,比如精度高、操作简单和功能可扩展。制备的钛箔具有超亲水和水下超疏油的特点,可以用来分离轻油和水的混合物。在黑暗环境中加热半小时后,制备的钛箔又展示出超疏水和水下超亲油的特性,可以分离重油和水的混合物。另外,加热后的钛箔也可以分离不相容的有机溶剂,展示了多重的分离的功能。(2)通过在纯水中不断加入乙醇,制备的样品上的气泡接触角从超亲气状态逐渐在原位调整为超疏气状态。这种现象是由于溶液表面张力的变化引起的微/纳米结构内部空气和乙醇分子之间的水下竞争所致。利用该调谐策略,实现了液体中光路...

【文章页数】：70 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
致谢
摘要
abstract
第一章 绪论
    1.1 课题的来源和研究意义
    1.2 润湿性的理论基础
        1.2.1 接触角
        1.2.2 Wenzel模型和Cassie模型
        1.2.3 滚动角
        1.2.4 水下超亲/疏油
    1.3 论文研究背景
        1.3.1 油水/不相溶有机溶剂分离的意义
        1.3.2 油水/不相溶有机溶剂分离国内外研究现状
        1.3.3 气泡调谐的意义
        1.3.4 气泡调谐国内外研究现状
    1.4 论文的研究内容
第二章 飞秒激光微纳加工系统及微孔钛箔阵列制备
    2.1 飞秒激光简介
    2.2 飞秒激光加工系统
        2.2.1 飞秒激光系统
        2.2.2 加工光路系统
        2.2.3 扫描振镜系统
        2.2.4 计算机控制系统
    2.3 飞秒激光与金属之间的作用机制
    2.4 微孔阵列钛箔的制备
        2.4.1 待加工样品
        2.4.2 样品加工工艺流程
        2.4.3 加工参数对孔径的影响
    2.5 本章小结
第三章 基于微孔阵列钛箔油水/不相溶有机液体分离的研究
    3.1 微孔阵列钛箔的制备及表征
    3.2 钛箔润湿特性转换
    3.3 油水分离实验
        3.3.1 轻油(C₈H₁₈)与水的混合物分离
        3.3.2 重油(C₂H₄Cl₂)与水的混合物分离
    3.4不相溶有机液体分离实验
    3.5 样品的抗疲劳测试
    3.6 本章小结
第四章 基于钛表面的气泡润湿性原位调谐的研究
    4.1 气泡原位调谐的实施策略
    4.2 多级TiO₂ 微纳结构及其可调谐的气泡润湿性
    4.3 气泡在乙醇溶液中的原位可调润湿性
    4.4 气泡可调润湿性的应用
        4.4.1 动态控制水下光路的通断
        4.4.2 溶液中气泡的选择性通过/阻挡
    4.5 本章小结
第五章 总结与展望
    5.1 文章内容总结
    5.2 文章主要创新点
    5.3 展望
参考文献
攻读硕士期间获得的学术成果



本文编号：3737752