發(fā)布時(shí)間：2018-02-26 22:27

  本文關(guān)鍵詞： 納米結(jié)構(gòu)陣列 微納復(fù)合結(jié)構(gòu) 可控構(gòu)建 超疏水表面 潤(rùn)濕 冷凝 自遷移　出處：《東南大學(xué)》2015年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：低溫高濕環(huán)境下金屬表面的凝露、結(jié)冰／霜現(xiàn)象普遍存在,給航空航天、空調(diào)熱泵、低溫儲(chǔ)存等領(lǐng)域相關(guān)設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行帶來(lái)了安全隱患,如何有效地防護(hù)金屬表面的冷凝和結(jié)冰/霜已成為一個(gè)亟待解決的問(wèn)題。低黏附超疏水表面不但具有自清潔、耐腐蝕等特點(diǎn),而且還具有抗結(jié)冰/霜等特性,因此,如能將超疏水表面技術(shù)應(yīng)用于金屬材料,實(shí)現(xiàn)金屬表面抗結(jié)冰霜功能,對(duì)相關(guān)應(yīng)用領(lǐng)域具有重要的實(shí)際價(jià)值。由于抗冰霜的關(guān)鍵是抑制初始冰晶和霜晶的形成,本質(zhì)是抑制露滴的形核或促進(jìn)已形成液滴的快速脫落；已有研究發(fā)現(xiàn),微納復(fù)合結(jié)構(gòu)陣列超疏水表面更易形成Cassie態(tài)的水滴,但到底何種結(jié)構(gòu)對(duì)水滴脫落最為有利目前尚不清楚,因此,開(kāi)展金屬表面微納結(jié)構(gòu)陣列的可控構(gòu)建,并對(duì)不同結(jié)構(gòu)表面的潤(rùn)濕和冷凝特性進(jìn)行深入研究,對(duì)促進(jìn)金屬表面抗凝露、結(jié)冰／霜功能的實(shí)現(xiàn)具有重要作用。在已有的研究基礎(chǔ)上,本文重點(diǎn)開(kāi)展了以下研究：采用氨水浸泡法,構(gòu)建了“草”狀、“鳥(niǎo)巢”狀、“菜花”狀和空洞迷宮狀微結(jié)構(gòu),氟化后四種結(jié)構(gòu)對(duì)宏觀靜態(tài)水滴接觸角均達(dá)超疏水態(tài)。其中,“鳥(niǎo)巢”狀和“菜花”狀微結(jié)構(gòu)的水接觸角在160°以上,滾動(dòng)角在5°以下。研究發(fā)現(xiàn)稀氨水的(水和無(wú)水乙醇體積比1：1)混合溶劑溶液浸泡銅箔形成結(jié)構(gòu)和組成復(fù)雜的菜花狀多晶結(jié)構(gòu),與稀氨水的水溶液浸泡銅箔形成的正交相Cu(OH)2單晶納米帶迥然不同；并且得出氨水在兩種溶液反應(yīng)中的作用。利用溶液合成ZnO法,構(gòu)建了發(fā)散納米錐、規(guī)整納米棒和微米“蜂窩”結(jié)構(gòu),氟化后三種結(jié)構(gòu)均達(dá)低黏附超疏水態(tài)；其中,高度規(guī)整納米棒結(jié)構(gòu)的接觸角165.3°和滾動(dòng)角1.6°,具有優(yōu)異的疏水特性。結(jié)合稀氨水浸泡法構(gòu)建的四種結(jié)構(gòu),發(fā)現(xiàn)高度規(guī)整納米棒結(jié)構(gòu)具有最好的宏觀疏水性能。此外,利用Zn(NO3)2·6H2O和KOH配制的[Zn(OH)4]2-水溶液35℃下實(shí)現(xiàn)了銅基底上規(guī)整ZnO納米棒/錐陣列的生長(zhǎng),首次近室溫條件下惰性基底上實(shí)現(xiàn)一維ZnO納米結(jié)構(gòu)陣列的生長(zhǎng),突破了溶液合成一維ZnO納米結(jié)構(gòu)陣列的生長(zhǎng)技術(shù),并揭示了可能的生長(zhǎng)機(jī)制。微加工多種微米級(jí)和亞毫米級(jí)粗糙結(jié)構(gòu),并與高度規(guī)整納米棒復(fù)合,構(gòu)建出多種分級(jí)復(fù)合結(jié)構(gòu)。氟化后,發(fā)現(xiàn)微米網(wǎng)格、微米溝槽和微米柱分別與規(guī)整納米棒復(fù)合的微納分級(jí)結(jié)構(gòu)水接觸角均在160°以上,滾動(dòng)角約1。,較單一納米棒結(jié)構(gòu)的水滾動(dòng)角下降明顯(下降率近40%)；亞毫米棘齒和亞毫米四棱錐與納米棒復(fù)合的水接觸角雖然160°左右,但滾動(dòng)角卻遠(yuǎn)大于單一納米棒結(jié)構(gòu)的。研究發(fā)現(xiàn)對(duì)于宏觀疏水特性,納米級(jí)粗糙結(jié)構(gòu)對(duì)表面粗糙度起主導(dǎo)作用,影響水接觸角大�。晃⒚准�(jí)粗糙結(jié)構(gòu)增加了表面捕獲空氣的能力,促進(jìn)了Cassie態(tài)接觸,從而影響水滴滾動(dòng)角大小。分別對(duì)12種典型結(jié)構(gòu)超疏水表面進(jìn)行冷凝試驗(yàn),觀察和分析其冷凝行為,結(jié)果顯不：(1)單一結(jié)構(gòu)超疏水表面,高度規(guī)整納米棒結(jié)構(gòu)冷凝性能最好,冷凝30mmin表面水滴覆蓋率和水滴滯留質(zhì)量面密度分別為親水銅箔的10.0%和16.6%;復(fù)合結(jié)構(gòu)超疏水表面,(600#-1200#)微米網(wǎng)格-納米棒的冷凝性能最好,冷凝30min表面水滴覆蓋率和水滴滯留質(zhì)量面密度分別為親水銅箔的7.8%和10.4%；“蜂窩”狀結(jié)構(gòu)超疏水鋁片在水蒸氣凝結(jié)條件下不再具有超疏水性。(2)除“蜂窩”狀外,其余11種結(jié)構(gòu)的超疏水表面冷凝性能均明顯優(yōu)于普通親水銅箔和鋁片。研究發(fā)現(xiàn)影響冷凝性能的主要因素是納米結(jié)構(gòu),只有不大于冷凝微滴脫落平均尺寸的微米結(jié)構(gòu)才能對(duì)冷凝性能起增強(qiáng)作用。(3)微滴自遷移現(xiàn)象的存在與否可成為判定超疏水表面在冷凝條件下能否保持穩(wěn)定超疏水性(保持Cassie態(tài)接觸)的判據(jù)：微滴自遷移的動(dòng)力來(lái)源于微滴相互合并所釋放的富余表面能轉(zhuǎn)化的動(dòng)能；微滴能否發(fā)生自遷移現(xiàn)象,最主要的決定因素是超疏水表面的微觀結(jié)構(gòu),尤其是納米結(jié)構(gòu)。
[Abstract]:It is found that the super - hydrophobic surface of micro - nano composite structure has the characteristics of self - cleaning , corrosion resistance and so on . The results show that the water contact angle of nano - rod is more than 160 擄 and the rolling angle is about 1 . ( 2 ) In addition to " honeycomb " , the superhydrophobic surface condensation performance of the remaining 11 kinds of structures is obviously superior to that of ordinary hydrophilic copper foil and aluminum sheet .

【學(xué)位授予單位】：東南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TG174.4
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本文編號(hào)：1539918