激光-电化学沉积制备跨尺度超疏水表面及其Cassie状态稳定性研究
发布时间：2020-12-23 20:16
自然界中许多动植物表面（蝴蝶翅膀、水黾、荷叶等）都表现出优异的超疏水性,受生物仿生学启发,这类具有特殊润湿性的表面被广泛应用于自清洁、水下减阻、防雾、抗结冰等领域。学术界已提出多种技术/工艺来制备超疏水金属表面,但利用这些技术在金属表面构筑微纳米复合结构后,通常需要低表面能物质修饰,目前对无修饰的超疏水金属表面制备以及微纳米复合结构对Cassie状态稳定性影响的研究相对较少。本文详述了无需修饰的激光-电化学沉积制备跨尺度超疏水金属表面的方法,在铜表面制备了微米-亚微米-纳米层级结构,并讨论了其表面Cassie状态稳定性。皮秒激光烧蚀可高效构筑金属表面微米结构,电化学沉积可快速制备大面积纳米结构。基于激光烧蚀铜微凸起和电化学沉积镍纳米棱锥相结合的设计思路,激光烧蚀有序、规整、深沉的微凸起为电化学沉积的纳米棱锥提供保护,而纳米镍棱锥增大微米铜凸起表面纳米结构的丰富性,两者相互补充,共同构成微纳米复合结构和3D凹角结构。本文主要研究内容如下:（1）根据Wenzel和Cassie-Baxter方程分析多种微几何结构阵列表面润湿性,选用抛物面体作为本文优选的微米级阵列结构,提出跨尺度微米-亚微米...
【文章来源】：江苏大学江苏省
【文章页数】：100 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
荷叶表面自清洁性能[13]
叶萍浮叶的形态和超疏水特性[11](a)表面覆盖的密集绒毛；(b)四根绒毛在末端连接构；(c)每根细绒毛末端细胞塌陷，形成四个死细胞帽；(d)除了末端细胞外，整体覆级蜡晶体；(e)叶片表面的冷凝液滴；(f)末端接触区域 Morphology of Salvinia molesta floating leaf[11]. (a) Upper side of the leaf surface densels and the spherical shape of the water drop on the leaf indicates the superhydrophobic charb) Four multicellular hairs grouped on top of an emergence and connected at the terminal egbeater-shaped structure. (c) The terminal cell of each hair is collapsed forming a patch of) The whole leaf surface is covered with nanoscale wax crystals with exception of the term-temperature SEM of a frozen leaf with applied droplet. (f) Lateral view of the contact zonthe droplet and the terminal cells.翅膀在潮湿的环境或者阴雨天仍能自由飞行，是因为蝴蝶翅膀表面的微纳米向粘附超疏水性。水滴沿蝴蝶中心的径向向外方向(RO)自然滚落，而沿向(RO 反向)则被紧密地钉牢[14](图 1.3)。
图 1.3 蝴蝶翅膀表面微纳米分层结构和定向粘附超疏水机制[14](a)-(b)SEM 图像；(c)-(d)TEM 图像；(e)-(f)定向粘附超疏水机理 Micro-nano layered structures and directional adhesion superhydrophobic mechanism on (a)-(b) SEM micrographs. (c)-(d) TEM micrographs. (e)-(f) Directional adhesion superhymechanism.课题组[2, 14]观察发现，蝴蝶翅膀表面覆盖着独特的微米级长方形鳞片(图 150 μm，宽约为 70 μm，每片鳞片的根部都嵌入上层鳞片下，沿 RO 方周期性结构，整体类似于屋顶的瓦片。放大的 SEM 高倍图像中显示，鳞性的脊状条纹，长为 585.5 16.3 nm，宽为 184.3 9.1 nm。另外，精细长度不等的角质层纳米线组成，仍沿着 RO 方向逐层堆叠，大部分的角倾斜向上的脊状条纹的顶部。这种特殊的微观结构使液滴的滚落方向存在各向异性(径向指向翅边缘
【参考文献】：
期刊论文
[1]脉冲激光冲击效应对定域电沉积铜晶粒及其表面形貌的影响[J]. 聂昕,张朝阳,刘皋,陆海强,庄鸿武,戴学仁,焦健. 中国激光. 2017(04)
[2]飞秒激光制备超疏水铜表面及其抗结冰性能[J]. 龙江游,吴颖超,龚鼎为,范培迅,江大发,张红军,钟敏霖. 中国激光. 2015(07)
[3]脉冲激光与电化学复合的应力刻蚀加工质量研究[J]. 张朝阳,李中洋,秦昌亮,印洁,张长桃,毛卫平,冯钦玉. 物理学报. 2013(09)
[4]霸王鞭和麒麟掌叶片的表面微结构及超疏水性[J]. 张诗妍,高常锐,狄桓宇,冯琳. 高等学校化学学报. 2012(03)
[5]超疏水低粘着铜表面制备及其防覆冰性能[J]. 张友法,余新泉,周荃卉,李康宁. 物理化学学报. 2010(05)
博士论文
[1]工程金属材料极端润湿性表面制备及应用研究[D]. 宋金龙.大连理工大学 2015
[2]镍微纳米针锥阵列材料的电沉积制备与性能研究[D]. 杭弢.上海交通大学 2010
硕士论文
[1]不锈钢表面碳纳米管阵列的制备及滴状冷凝传热性能研究[D]. 高杏存.东北石油大学 2018
[2]织构化有机硅改性涂层的制备及其海洋防污性能[D]. 陈子飞.中国科学院宁波材料技术与工程研究所 2016
[3]皮秒激光制备大面积金属类荷叶结构及其超疏水压印研究[D]. 林澄.清华大学 2014
[4]植物表面超疏水及铝、铜合金基体超疏水、油表面的制备[D]. 赵坤.兰州理工大学 2010
本文编号：2934297
【文章来源】：江苏大学江苏省
【文章页数】：100 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
荷叶表面自清洁性能[13]
叶萍浮叶的形态和超疏水特性[11](a)表面覆盖的密集绒毛；(b)四根绒毛在末端连接构；(c)每根细绒毛末端细胞塌陷，形成四个死细胞帽；(d)除了末端细胞外，整体覆级蜡晶体；(e)叶片表面的冷凝液滴；(f)末端接触区域 Morphology of Salvinia molesta floating leaf[11]. (a) Upper side of the leaf surface densels and the spherical shape of the water drop on the leaf indicates the superhydrophobic charb) Four multicellular hairs grouped on top of an emergence and connected at the terminal egbeater-shaped structure. (c) The terminal cell of each hair is collapsed forming a patch of) The whole leaf surface is covered with nanoscale wax crystals with exception of the term-temperature SEM of a frozen leaf with applied droplet. (f) Lateral view of the contact zonthe droplet and the terminal cells.翅膀在潮湿的环境或者阴雨天仍能自由飞行，是因为蝴蝶翅膀表面的微纳米向粘附超疏水性。水滴沿蝴蝶中心的径向向外方向(RO)自然滚落，而沿向(RO 反向)则被紧密地钉牢[14](图 1.3)。
图 1.3 蝴蝶翅膀表面微纳米分层结构和定向粘附超疏水机制[14](a)-(b)SEM 图像；(c)-(d)TEM 图像；(e)-(f)定向粘附超疏水机理 Micro-nano layered structures and directional adhesion superhydrophobic mechanism on (a)-(b) SEM micrographs. (c)-(d) TEM micrographs. (e)-(f) Directional adhesion superhymechanism.课题组[2, 14]观察发现，蝴蝶翅膀表面覆盖着独特的微米级长方形鳞片(图 150 μm，宽约为 70 μm，每片鳞片的根部都嵌入上层鳞片下，沿 RO 方周期性结构，整体类似于屋顶的瓦片。放大的 SEM 高倍图像中显示，鳞性的脊状条纹，长为 585.5 16.3 nm，宽为 184.3 9.1 nm。另外，精细长度不等的角质层纳米线组成，仍沿着 RO 方向逐层堆叠，大部分的角倾斜向上的脊状条纹的顶部。这种特殊的微观结构使液滴的滚落方向存在各向异性(径向指向翅边缘
【参考文献】：
期刊论文
[1]脉冲激光冲击效应对定域电沉积铜晶粒及其表面形貌的影响[J]. 聂昕,张朝阳,刘皋,陆海强,庄鸿武,戴学仁,焦健. 中国激光. 2017(04)
[2]飞秒激光制备超疏水铜表面及其抗结冰性能[J]. 龙江游,吴颖超,龚鼎为,范培迅,江大发,张红军,钟敏霖. 中国激光. 2015(07)
[3]脉冲激光与电化学复合的应力刻蚀加工质量研究[J]. 张朝阳,李中洋,秦昌亮,印洁,张长桃,毛卫平,冯钦玉. 物理学报. 2013(09)
[4]霸王鞭和麒麟掌叶片的表面微结构及超疏水性[J]. 张诗妍,高常锐,狄桓宇,冯琳. 高等学校化学学报. 2012(03)
[5]超疏水低粘着铜表面制备及其防覆冰性能[J]. 张友法,余新泉,周荃卉,李康宁. 物理化学学报. 2010(05)
博士论文
[1]工程金属材料极端润湿性表面制备及应用研究[D]. 宋金龙.大连理工大学 2015
[2]镍微纳米针锥阵列材料的电沉积制备与性能研究[D]. 杭弢.上海交通大学 2010
硕士论文
[1]不锈钢表面碳纳米管阵列的制备及滴状冷凝传热性能研究[D]. 高杏存.东北石油大学 2018
[2]织构化有机硅改性涂层的制备及其海洋防污性能[D]. 陈子飞.中国科学院宁波材料技术与工程研究所 2016
[3]皮秒激光制备大面积金属类荷叶结构及其超疏水压印研究[D]. 林澄.清华大学 2014
[4]植物表面超疏水及铝、铜合金基体超疏水、油表面的制备[D]. 赵坤.兰州理工大学 2010
本文编号：2934297
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