超疏水表面的制备及其防冰性能研究

发布时间：2018-06-27 08:11

  本文选题：超疏水 + 化学蚀刻　； 参考：《国防科学技术大学》2015年硕士论文

【摘要】：飞行器发动机预冷器拥有极强的连续制冷能力,其在极短的时间内能使气流的温度从1600℃下降至零下50℃,气体温度的下降能使发动机的气体压缩比更高,从而使喷气式的发动机速度翻倍。当气流的温度下降至零下时,换热管道的表面会出现结冰现象,因为冰的热导效率非常低,就会导致机体表面的传热效率大幅度降低,因此预冷器的换热管道表面需进行防结冰处理。而超疏水材料具备防结冰材料应有的防结冰性和疏冰性,有较强的应用价值。本文以具有优秀导热性能的金属铜作为基材,通过化学蚀刻的方法对其表面进行腐蚀,获得了碎片状粗糙结构和花瓣状突起组成的二级结构。通过控制蚀刻时间得到了拥有不同粗糙度的表面结构。蚀刻后的铜片由亲水表面转变为超亲水表面,符合Wenzel理论。在蚀刻后的铜片表面喷涂了超疏水涂料,获得的涂层完全覆盖了蚀刻得到的粗糙结构,且涂层表面并不致密,存在大量的孔洞。使用二值法对涂层表面孔洞密度进行分析,发现原铜片的蚀刻时间越长,孔洞的密度越大。修饰后的蚀刻铜片由超亲水表面转变为超疏水表面,最大接触角为151°。由于超疏水涂料的粘度大,得到的涂层较厚,掩盖了蚀刻得到的表面结构,于是采用小分子氟硅烷作为表面修饰剂进行修饰,氟硅烷涂层比较致密,蚀刻铜片表面的碎片状显微组织基本得以保留,但由于涂层的粘结作用,碎片之间会出现合并现象,特别是原来花瓣状突起,其花瓣间的空隙几乎被完全填充。采用氟硅烷修饰后的蚀刻铜片同样由超亲水表面转变为超疏水表面,最大接触角为159°。化学蚀刻法制备的超疏水材料表面无序,无法获得表面粗糙因子等形貌参数,于是以微纳加工性好的硅作为基材,使用激光刻蚀技术可控地制备了六面体阵列,并使用黑硅加工技术制备了纳米级的柱状结构。通过显微测量获得了表面微结构的实际参数,代入Wenzel模型和Cassie模型得到理论接触角,并与实际接触角对比分析,研究了表面微结构对超疏水性能的影响。并且初步搭建了冷表面结冰测试装置,摸索了研究接触角对防结冰性能影响的方法。
[Abstract]:The aircraft engine precooler has a very strong continuous refrigeration capability, and in a very short period of time, it can make the air flow temperature drop from 1600 鈩，

本文编号：2073267