基于接触线理论的润湿性影响因素探究

发布时间：2020-05-26 06:32

【摘要】：自然界中超疏水现象的发现推动了润湿理论的发展,吸引了众多研究者探究润湿背后的机制。特殊润湿表面如超亲水或超疏水表面在生活和工业生产中展现出了重大的应用价值。如超疏水表面可用于飞机前端的防覆冰,水下潜艇减阻,微流体输送,电线电缆防雪,服装材料防水等领域,超亲水表面在医疗导管润滑,玻璃表面自清洁,生物抗菌等方面也展现出优良的特性。研究者们通过观察动植物表面,发现了表面微观结构以及表面自由能是影响润湿性的两大主要因素,并由此产生了 Wenzel和Cassie两大经典理论模型,用以指导润湿性表面的研究和制备。关于润湿性的研究虽然近几十年来蜂拥出现,但主要集中在制备工艺的探究和生产应用领域,而润湿性理论方面的研究较少,尚未形成一个完整的理论体系。润湿性理论的探究是指导实际生产和加工的基础,通过分析润湿性的影响因素可以帮助人们更好的认识润湿产生的机理,合理的制定加工工艺,获得所需的功能性表面。为了探究影响润湿性的主要因素,本文以接触角作为衡量润湿程度的指标,根据Extrand提出的接触线理论,修正了在液滴在微结构上固液接触平衡时的数学模型,通过理论结合实验分析了沟槽和方柱两大经典微结构在不同影响因素下的润湿性变化,具体工作如下:(1)结合Extrand的接触线理论,本文分别对亲水和疏水,沟槽和方柱不同表面在接触线上的平衡态进行分析,通过比较液滴静水压力和接触线处附加压力的大小来判断液滴的润湿变化情况,并分别预测了接触线密度,被测溶液密度和被测溶液体积以及材料表面能对润湿性的影响。(2)制定微结构的尺寸参数和加工工艺方案。分别在纯铜和聚四氟乙烯表面上加工沟槽结构,探究不同转速,不同进给速度,不同切深对表面毛刺生成的影响,寻求出最为合理的加工参数,并应用于后续的微结构加工中。(3)分别在聚四氟乙烯和纯铜表面上制备不同尺度的沟槽和方柱微结构,并对加工后的毛刺进行电解处理;对样品的形貌进行拍摄,并分别置于去离子水和不同密度的NaCl溶液下进行接触角测量。(4)根据接触线理论公式对接触角测量结果进行计算和分析,结合理论预测的润湿性规律变化,分别解释了接触线密度,被测溶液密度和被测溶液体积以及材料表面能对润湿性的影响。
【图文】：

逡逑其棱上分布着许多规则排列的微米级乳突（图１．３）。Ｊｉａｎｇ等人Ｗ发现水滴平行于逡逑水稻叶边缘方向上的接触角较大，并且滚动角只有３°？５°，而垂直于水稻叶边缘逡逑方向上的滚动角稍大。由此可以说明，，三相接触线对滚动角的大小起到至关重要逡逑的作用。蝴蝶翅膀［６］，鲨鱼皮表面，淡剑夜蛾的翅膀［８］等也具有各向异性的特逡逑点。利用这一特点，人们可以模仿动植物表面上的微观结构，通过改变微米结构逡逑的排列方式，设计出各向异性表面，可用于微流体或无损液体运输。逡逑Ｃｉｉｉｎｒｒ邋ｔｊ逡逑图１．邋３各向异性的水稻叶表面结构逡逑１．２．３氋粘附性玫瑰花瓣表面逡逑Ｆｅｎｇ等人［９］通过扫描电子显微镜发现（图１．４），玫瑰花表面是由微米乳突组逡逑成的周期阵列。水滴在玫瑰花表面能形成超过１５０°的接触角，但将玫瑰花倾斜或逡逑者倒置

结果表明液滴体积越大接触角越小，且液滴超过ｌ0Ｗ以后由于液滴的铺展，接逡逑触角趋于不变。李小兵等［２８］设计了四种不同的微观表面，分别选用至５Ｈ１的逡逑液滴分析了液滴体积对接触角的影响（图１．７），研究发现接触角随着液滴重力增逡逑加而减小。逡逑８逡逑
【学位授予单位】：厦门大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：O647.5

【参考文献】

相关期刊论文 前10条

1 葛素红;孙桂华;王雅丽;;表面张力系数实验的应用研究[J];河西学院学报;2014年05期

2 高成秀;贾振元;卢晓红;;微铣加工关键技术研究现状与发展[J];组合机床与自动化加工技术;2012年01期

3 ;Profile characterization and temperature dependence of droplet control on textured surfaces[J];Chinese Science Bulletin;2011年18期

4 邱宇辰;刘克松;江雷;;花生叶表面的高黏附超疏水特性研究及其仿生制备[J];中国科学:化学;2011年02期

5 杨占凯;董文满;谌祖辉;张鹏;;微结构的精密微细铣削加工技术研究[J];航空精密制造技术;2011年01期

6 孔祥清;吴承伟;;蚊子腿表面多级微纳结构的超疏水特性[J];科学通报;2010年16期

7 崔晓松;姚希;刘海华;方国平;李文;江雷;;超疏水表面微纳结构设计与制备及润湿行为调控(Ⅱ)[J];中国材料进展;2010年02期

8 李小兵;刘莹;;微观结构表面接触角模型及其润湿性[J];材料导报;2009年24期

9 郑建勇;钟明强;冯杰;;基于超亲水原理的自清洁表面研究进展及产业化状况[J];材料导报;2009年S1期

10 徐琳;丁建宁;李伯全;程广贵;坎标;;蝴蝶翅膀表面超微结构与浸润性机理分析[J];江苏大学学报(自然科学版);2009年04期

相关会议论文 前1条

1 李昕;金俊平;王锐;赵莉;江建;;超疏水、耐水洗的pH响应性聚苯胺变色织物[A];雪莲杯第10届功能性纺织品及纳米技术应用研讨会论文集[C];2010年

相关博士学位论文 前1条

1 赵燕;具有特殊润湿性能的聚合物基界面材料的构筑：表面化学组成与微观几何结构[D];上海交通大学;2008年

相关硕士学位论文 前1条

1 杨斌;输电线路防覆冰用超疏水自清洁涂料的制备[D];重庆大学;2011年

本文编号：2681424