仿生多孔植物葉片超疏水表面制備與性能研究.pdf

1、超疏水表面由于在自清潔、防腐蝕、流體流動(dòng)減阻、防結(jié)冰、強(qiáng)化傳熱等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用，關(guān)于超疏水表面的制備越來越多地引起了研究者的興趣。特別是從仿生學(xué)的角度來構(gòu)建超疏水表面成為了研究熱點(diǎn)。研究者們基于“光刻”、化學(xué)刻蝕法、模板法、自組裝等手段進(jìn)行超疏水表面的制備和修飾，這些方法常存在工藝復(fù)雜，不宜大規(guī)模制備，表面形貌不可調(diào)控，制備過程的化學(xué)成分可能對(duì)環(huán)境產(chǎn)生較大污染等缺點(diǎn)。本文探索一種工藝簡(jiǎn)單，并能較好控制微納結(jié)構(gòu)的超疏水表面制備工藝。在

2、水滴模板法的基礎(chǔ)上，結(jié)合納米顆粒修飾，在銅片上開發(fā)出了一種新型仿生超疏水表面，該表面的微結(jié)構(gòu)與自然界中一些植物葉片（如柑橘葉片，竹葉）的表面結(jié)構(gòu)類似，并且制備工藝中，原料廉價(jià)，清潔環(huán)保且微結(jié)構(gòu)易于調(diào)控。具體的研究?jī)?nèi)容如下:
　　1.以線性聚苯乙烯為原料，以紫銅片為基底。利用水滴模板法在紫銅基底上制備微米級(jí)有序蜂窩網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，并通過調(diào)節(jié)濕空氣吹掃流量和相對(duì)濕度兩個(gè)參數(shù)對(duì)孔徑大小進(jìn)行調(diào)控。
　　2.在相對(duì)濕度一定的情況下，以氣體流

3、量0.1 m3/h，0.15 m3/h，0.2 m3/h為控制手段，獲得孔徑的調(diào)控，分別對(duì)應(yīng)平均孔徑大小為2.67μm，4.64μm，8.94μm。并對(duì)氣體流量調(diào)控孔徑的機(jī)理進(jìn)行了分析。
　　3.在1，2的基礎(chǔ)上，通過垂直提拉法在微米級(jí)孔外修飾了一層納米二氧化硅顆粒，制備出具有微孔/納米粒子的微/納二級(jí)結(jié)構(gòu)的微米級(jí)有序超疏水表面，其接觸角約為156°且滾動(dòng)角小于4°。并利用掃描電子顯微鏡，紅外光譜，接觸角測(cè)量?jī)x，表面輪廓儀等分析手

4、段，對(duì)表面的潤(rùn)濕性能，表面形貌與化學(xué)組成，化學(xué)壽命等性質(zhì)進(jìn)行了系統(tǒng)表征和研究。更進(jìn)一步地，研究了不同種類的納米粒子，納米顆粒濃度，不同液體介質(zhì)等對(duì)表面潤(rùn)濕性能的影響。
　　4.在3的基礎(chǔ)上，圍繞所制備的超疏水表面的動(dòng)態(tài)潤(rùn)濕性能，利用高速攝像實(shí)驗(yàn)研究了表面的自清潔性能和液滴撞擊特性。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，牛奶，橙汁等粘性液體介質(zhì)均能輕易從超疏水表面滾落，且水滴能輕易帶離該表面上的氧化鋁粉塵，該表面表現(xiàn)出了良好的自清潔性能。液滴撞擊該表面的實(shí)