超疏水表面制备及其冷凝的特性研究

发布时间：2023-01-30 19:49

　　超疏水表面（superhydrophobic surface,SHS）由于其独特的水排斥性,在日常生活、建筑防污、管道运输乃至国防航空等方面有着广泛的应用。研究超疏水表面的冷凝特性,对于优化空调系统,减少换热器运行过程中液膜和灰尘带来的不利影响,具有重要意义。在以往的研究中,几乎没有对低温冷凝的研究以及关于倾斜角度影响冷凝的研究。本文通过先化学刻蚀再硅溶胶修饰的方法在铜基上制备超疏水表面,并进行相关冷凝特性的研究和影响因素分析。首先,为研究温湿度对SHS上结露特性的影响,将制备的SHS水平放置在冷台上进行冷凝实验,结果表明:随着冷凝温度降低,表面液滴覆盖率和平均半径均增大,并且当温度小于某一值时表面覆盖率随温度的降低会急剧增加;与中、低湿度下的冷凝液滴相比,高湿度下冷凝液滴的平均半径明显减小且液滴覆盖率明显较大,并且中、低湿度条件下,液滴覆盖率差别很小;超疏水表面在高湿度条件下的液滴成核和生长更快,虽然有液滴覆盖率高的缺点,但也有液滴更新速率快,大颗粒液滴少的优点。其次,评价超疏水表面性能的优异需要从两个方面进行考量,一是在冷凝条件下超疏水表面本身的疏水性质;二是影响其疏水性质的其它外... 

【文章页数】：87 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
符号表
第一章 绪论
    1.1 课题研究背景及意义
        1.1.1 超疏水表面的制备
        1.1.2 超疏水表面液滴凝结的应用
    1.2 超疏水表面上冷凝液滴的特性研究
        1.2.1 不同润湿性表面的冷凝现象及应用
        1.2.2 凝结液滴的自弹跳现象研究
        1.2.3 凝结液滴对清洁方式的影响研究
    1.3 课题研究内容
        1.3.1 课题的提出
        1.3.2 论文主要研究内容
        1.3.3 论文的框架
第二章 温湿度对超疏水表面冷凝特性的影响
    2.1 引言
    2.2 实验
        2.2.1 实验材料
        2.2.2 刻蚀溶液和硅溶胶溶液制备
        2.2.3 超疏水表面制备
        2.2.4 制备不同的铜基表面
        2.2.5 冷凝实验
        2.2.6 材料特征的表征
    2.3 测试结果与分析
        2.3.1 表面润湿性表征
        2.3.2 表面形貌表征
    2.4 超疏水表面冷凝特性分析
        2.4.1 冷凝液滴的合并弹跳理论分析
        2.4.2 超疏水表面冷凝过程
        2.4.3 冷凝温度对超疏水表面的影响
        2.4.4 环境湿度对冷凝特性的影响
    2.5 温湿度无重复实验的方差分析
    2.6 本章小结
第三章 基于一定倾斜角度的超疏水表面冷凝特性研究
    3.1 引言
    3.2 样片制备及冷凝实验
        3.2.1 实验材料
        3.2.2 超疏水表面制备
        3.2.3 冷凝实验
    3.3 结果与讨论
        3.3.1 低表面能物质修饰原理
        3.3.2 两种修饰方式的效果对比
        3.3.3 倾斜角度对液滴冷凝的影响
    3.4 本章小结
第四章 竖直超疏水表面的冷凝特性研究
    4.1 引言
    4.2 实验部分
        4.2.1 材料
        4.2.2 前体溶液的制备
        4.2.3 超疏水表面制备
        4.2.4 冷凝实验
    4.3 结果和讨论
        4.3.1 表面形貌
        4.3.2 表面润湿性
        4.3.3 合并弹跳液滴的回落
        4.3.4 凝结液滴的周期性循环
        4.3.5 合并弹跳液滴的尺寸分析
    4.4 本章小结
第五章 倾斜超疏水表面上的冷凝除尘过程与效果
    5.1 前言
    5.2 不同粒径的灰尘粒子对比
        5.2.1 宏观上不同粒径的除尘观察
        5.2.2 不同粒径灰尘的差异
    5.3 灰尘粒子的团聚
        5.3.1 灰尘粒子的团聚过程
        5.3.2 团聚时间和除尘开始时间
        5.3.3 团聚灰尘离开的优先级以及离开方式
    5.4 除尘结果与讨论
        5.4.1 SHS表面结构及疏水性
        5.4.2 灰尘数量对除尘的影响
        5.4.3 湿度变化对覆盖率的影响
    5.5 本章小结
总结与展望
参考文献
攻读硕士学位期间取得的研究成果
致谢
附件


【参考文献】：
期刊论文
[1]结霜前期纳米结构超疏水表面的凝结-冻结特性[J]. 季银炼,张钧波.  中国表面工程. 2017(06)
[2]以蝴蝶翅为模板构建多级结构的超疏水表面[J]. 孙刚,房岩,白雪花,李政文,彭小唤.  东北师大学报(自然科学版). 2016(01)

博士论文
[1]随机分布粗糙结构超疏水表面上液滴动态行为的LB模拟研究[D]. 元武智.华南理工大学 2018
[2]基于液滴弹跳现象的超疏水表面自清洁特性研究[D]. 全云云.华南理工大学 2016



本文编号：3733386