从昆虫得到启发的防水材料

<正>当水与材料的表面接触时,对于亲水材料水滴会散开;对于疏水材料则形成水珠。这种现象是由水滴边缘和水滴下面的表面所成的角度——所谓的接触角——决定的。当接触角大于90°时表面是疏水的,大于160°时材料是超疏水的。超疏水性与表面化学及表面材质有关。当疏水表面暴露在雾中或潮湿的环境里,湿气会凝结成微小的水滴,其大小与表面的结构相当,微小的水滴将停留在表面结构中,随着露水累积,水滴增大,结果材料变湿。     

超疏水聚合物表面的水滴蒸发模拟

基于质量守恒和Fick第一定律，模拟了水滴在超疏水聚合物表面的蒸发全过程．研究从以往的接触角<90±扩展到>150±，液滴形貌扩展为椭球球帽模型进行疏水表面蒸发模拟．水滴在超疏水PC和FPU/PMMA表面蒸发的实验结果显示，计算的椭球球帽模型可以更好的反映出液滴接触角和高度的变化情况，并且不同聚合物表面接触角的相同变化趋势也揭示出微-纳二级结构表面结构不仅影响液滴接触角，也影响液滴蒸发模式．     

纳米粒子构建表面的超疏水性能实验研究

采用疏水纳米粉体压片法和岩心吸附法构建了具有微纳米结构的表面,测试了这些表面的接触角,拍摄了水滴在吸附纳米粒子的岩石表面的滚动过程照片,采用扫描电子显微镜(scanning electron microscope,SEM)检测了表面的微结构.实验结果表明：无机纳米粒子经弱疏水性材料修饰后,其表面润湿性由强亲水变为强疏水;疏水纳米粒子吸附表面的接触角均大于120°,滚动角约7°,显示出超疏水特性;SEM照片显示,这些超疏水表面是具有不规则微纳米结构的气固复合面,符合Cassie-Baxter的复合表面模型. 关键词： 超疏水 纳米粒子 微纳米结构表面 接触角     

两步法制备超疏水性ZnO纳米棒薄膜

采用两步法制备了超疏水性ZnO纳米棒薄膜,在用磁控溅射在普通玻璃衬底上生长一层ZnO籽晶层基础上,利用液相法制备了空间取向高度一致的ZnO纳米棒阵列,经修饰后由亲水性转变为超疏水性.用扫描电子显微镜观察了纳米棒的表面结构,用接触角测量仪测出水滴在ZnO纳米棒薄膜表面的接触角为151°±05°,滚动角为7°.用Cassie模型对ZnO纳米棒薄膜的超疏水性进行了验证. 关键词： ZnO纳米棒 超疏水 两步法     

振荡“星形”水滴的实验研究

对2017年IYPT题目"莱顿弗罗斯特星星"进行了实验研究,发现在外加周期性激励下,温度超过液体莱顿弗罗斯特点的热表面可以让其上的水滴振荡出不同模式的星形图样.根据实验结果,在理论上给出了星形的棱角数与振荡频率的线性近似公式,直观地反映出在激励频率一定时,水滴振荡的棱角数与水滴半径的线性关系.实验还发现莱顿弗罗斯特效应并非是形成振荡星形的必要条件,利用常温的疏水表面也实现了不同振荡模式的星星,而且疏水程度越高的表面激发出星星的棱角越尖锐.     

不同壁面结构与传热情形下低温壁面结霜特性

壁面结霜致使低温换热设备传热性能下降,甚而产生设备安全和生产安全问题。通过实验研究了涂覆疏水涂料壁面结构的结霜特性,不同倾斜角度壁面的水滴凝结与滑落特性,以及添置了太阳能吸热膜的表面传热特性。结果表明:涂有疏水材料的壁面较普通壁面初始结霜时间能延迟约10分钟;一定的壁面倾斜角度通过影响水滴的滚动角,促进凝结的水滴滑落,可阻碍霜层生长;当换热壁面利用太阳能吸热膜对低温壁面进行补热时,吸热量为5.27J/cm2,为普通壁面的1.44倍。这些改进措施可以减少冷壁面结霜量,有助于提升低温设备传热效果。     

不同壁面结构与传热情形下低温壁面结霜特性北大核心

壁面结霜致使低温换热设备传热性能下降,甚而产生设备安全和生产安全问题。通过实验研究了涂覆疏水涂料壁面结构的结霜特性,不同倾斜角度壁面的水滴凝结与滑落特性,以及添置了太阳能吸热膜的表面传热特性。结果表明:涂有疏水材料的壁面较普通壁面初始结霜时间能延迟约10分钟;一定的壁面倾斜角度通过影响水滴的滚动角,促进凝结的水滴滑落,可阻碍霜层生长;当换热壁面利用太阳能吸热膜对低温壁面进行补热时,吸热量为5.27J/cm2,为普通壁面的1.44倍。这些改进措施可以减少冷壁面结霜量,有助于提升低温设备传热效果。     

疏水表面上液滴滞后阻力的实验研究

水滴在接触物体表面上的移动过程所表现出的阻力特性与固体滑块之间发生相对位移时产生的摩擦阻力具有明显的差异。为了进一步揭示这一特性,本文动态测量了水滴在聚二甲基硅氧烷(PDMS)疏水表面上的移动过程,给出了定量解释。结果表明:在不同材料表面上水滴移动的动态特性并不相同,液滴在聚二甲基硅氧烷表面上移动的滞后阻力主要受铺展功到影响。     

超强的光丝

激光束在开阔的空气中传播时显示出透明的特征 ,它们可以继续不断地在天空中穿行 ;但若碰到小水滴层时 ,它们将会大量地吸收激光 .近来在法国里昂的ClaudeBernard大学的一群以Courvoisier教授为首的物理学家们利用超强 (约为 10 14 W /cm2 )超短时 (约为 12 0fs)的激光脉冲来创造出一种超强光丝 ,其宽度约为 15 0 μm ,长度为 10 0m左右 .这种光丝的特点是能在实验室的模拟水滴层中传播而能量损失极小 .模拟水滴层的条件非常接近于真实的大气状态 .因此这项研究工作对于激光的应用具有很重要的意义 ,特别是在自由空间内进行的激光通讯、对…     

天然超疏水生物表面研究的新进展

文章简要地论述了表面浸润性的基本理论，介绍了几种天然超疏水生物表面最新的研究进展，包括荷叶、蝉翼、水稻叶以及水黾腿，特别介绍了作者的研究小组利用从壁虎脚高黏附力获得的灵感仿生制备出一种对水滴具有高黏附的超疏水阵列聚苯乙烯纳米管材料，最后对超疏水材料的研究趋势作了展望。     

疏水表面滑移流动及减阻特性的格子Boltzmann方法模拟

采用格子Boltzmann方法研究了固体壁面对流体的作用强度与其润湿性的关系,在此基础上进一步模拟了疏水表面微通道内的流体流动,获得了润湿性对疏水表面滑移流动及减阻特性的影响规律,证实了疏水表面表观滑移的存在性并揭示了其产生机理.结果表明,疏水性作用在疏水表面的近壁区诱导了一个低密度层,而表观滑移则发生在低密度层上.表观滑移是疏水表面具有减阻作用的直接原因,减阻效果随滑移长度的增大而增大.对于特定的流体系统,滑移长度是疏水表面的固有属性,仅是壁面润湿性的单一函数,而与流动本身的性质无关.     

表面能梯度驱动下纳米水滴在不同微结构表面上的运动

近年来, 微观尺度下水滴在能量梯度表面上的运动情况受到了广泛关注, 然而通过实验进行研究尚存在困难. 本文利用分子动力学方法研究了不同微结构表面上纳米水滴在表面能梯度驱动下的运动情况. 结果表明: 槽状和柱状微结构可以明显提升纳米水滴在微结构表面上的运动效率, 钉状微结构会降低纳米水滴的运动效率, 尽管它具有稳定的疏水性; 结合槽状和钉状结构的混合状微结构兼具二者的优点, 不但可以有效地提高纳米水滴在粗糙表面上的运动效率, 而且具有比较高的疏水稳定性. 此外, 表面能的微小改变会明显影响水滴的运动效率.     

非晶态合金表面的水润湿动力学

采用分子动力学模拟方法研究了改进的Simple pointcharge模型SPC/E水滴在Cu_(50)Zr_(50)非晶薄膜上的润湿行为和铺展过程.通过与CuZr(110)和(100)晶面对比研究发现,水滴在Cu_(50)Zr_(50)非晶薄膜表面上表现出较高的铺展速度.水滴在非晶合金表面的铺展过程中形成了明显的吸附层;而在晶态表面,水滴铺展前沿呈脚状形态.分析结果表明非晶表面的水分子在吸附层内呈现完全无序的单层排列方式,而在晶态表面,特别是(100)晶面,吸附层水分子呈双层有序排列.这种吸附层结构的差异导致了吸附层内水分子方向的差异:非晶表面吸附层内水分子方向倾向平行于表面,而晶态基底上吸附层内的水分子倾向于指向液滴内部.由此造成了非晶表面吸附层中的水分子与液滴内部以相对较弱的氢键相互作用,这使得上层水分子能够较容易扩散至吸附层前沿,促进液滴铺展.     

纳米铝粉/聚苯乙烯包覆粒子的制备及表征（英文）

利用超声波的分散和粉碎作用,对纳米Al粒子进行了表面疏水处理。然后,以无水乙醇为反应介质,苯乙烯为单体,偶氮二异丁腈为引发剂,聚乙烯吡咯烷酮为分散剂,在氮气保护环境下,利用超声波的活化和引发作用,引发苯乙烯单体在纳米Al粒子表面进行分散聚合反应,制备出了纳米铝粉/聚苯乙烯包覆粒子。最后,运用多种测试手段对纳米Al/PS包覆粒子形貌、粒径大小及分布、表面特性、化学组成及结构等进行了表征。测试结果表明,所制备的纳米Al/PS包覆粒子已经形成了完整的球型核壳包覆结构,表面完整无缺陷,粒径大小约为2.0μm。     

准分子激光辐照PVDF的拉曼和红外光谱研究

通过测量KrF准分子激光辐照前后PVDF的拉曼光谱和红外光谱,分析了PVDF经激光辐照后表面电导率大幅度提高的机理;采用逐点扫描拉曼成像技术,确定出激光辐照后PVDF的导电层厚度约为7.5μm。在拉曼光谱、扫描电镜和X射线能谱综合表征基础上,发现激光辐照后PVDF表面呈现出复合型微结构。     

过冷水滴碰撞结冰的实验与模拟研究

以宏观结冰/霜过程中过冷水滴的碰撞结冰现象为背景,实验对比了亲水和超疏水表面上常温水滴碰撞、常温水滴碰撞结冰和过冷水滴碰撞结冰的过程,建立了过冷水滴碰撞结冰过程的数值模型,研究了We数和接触角对碰撞结冰的影响。结果表明:相比于常温水滴的碰撞及其碰撞结冰过程,过冷水滴碰撞结冰过程的稳态铺展系数更大;随着过冷度和We数的增大以及接触角的减小,过冷水滴的碰撞结冰与常温水滴的碰撞在水滴形态和铺展系数上的差异逐渐增大。     

壁面温度对疏水表面上水滴冻结的影响

本文研究了冷壁面温度对疏水表面(θ=108.8°)上单个水滴冻结过程的影响,比较了水滴的冻结时间及冻结前后的形态变化。结果表明,水滴冻结所需要的时间随冷表面温度的降低而减小,冷表面温度越低,水滴冻结后其顶端越容易出现树枝状霜晶生长。最后,根据能量守恒原理建立了冷表面上水滴冻结的数学模型,给出了相应的表达式,进而分析了壁面温度对水滴冻结时长的影响,计算结果与实验结果一致。     

表面改性多孔二氧化硅减反膜的稳定性研究

以正硅酸乙酯为原料,采用溶胶-凝胶法制备SiO_2溶胶,通过提拉法涂制多孔SiO_2减反膜,并在多孔SiO_2减反膜上涂制一层甲基三乙氧基硅烷(MTES)预聚体。通过疏水的MTES预聚体涂制在多孔SiO_2减反膜上,对多孔SiO_2减反膜的表面进行改性,以提高膜层的环境稳定性。经过表面改性的复合膜层的透过率峰值可达99.67%,折射率为1.231,水接触角达123.6°,在相对湿度为95%的环境中放置475 d后膜层的峰值透过率为99.09%,稳定性提高明显。膜层表面平整,激光损伤阈值约为24.5 J/cm~2。     

表面热透镜技术测量3.8μm和2.8μm激光薄膜的微弱吸收

 采用表面热透镜技术，对3.8μm和2.8μm激光辐照下镀制在Si基底上的单层ZnS，YbF₃和YBC薄膜及不同膜系的YbF₃/ ZnS多层分光膜和多层高反膜，以及镀制在CaF₂基底上的增透膜进行了吸收测量，并对3.8μm和2.8μm 激光的测量结果进行了比较分析。实验结果表明，2.8μm波长下的吸收比3.8μm的大得多，两者之间约相差一个量级，测得的多层高反膜YbF₃/ZnS薄膜在的3.8μm处的最低吸收为4.57×10^－4，测量系统的灵敏度约为10^-5。     

溶胶-凝胶法制备疏水性自组装SiO2薄膜

 以正硅酸乙酯（TEOS）和六甲基二硅氮烷（HMDS）为前驱体,研究了引入聚乙烯吡咯烷酮（PVP）对膜层的影响,在碱催化条件下制备了改性的二氧化硅溶胶,并采用提拉涂膜的方法在石英基底上涂膜。对不同组分的薄膜,先经热处理或紫外辐照处理,然后用十八烷基三氯硅烷（OTS）/甲苯溶液对膜层表面进行化学修饰,制备出疏水性能良好的纳米二氧化硅自组装薄膜,分析了不同后处理方法对膜层透过率、接触角、膜层表面微观形貌和激光损伤阈值影响。实验结果表明：溶胶中加入PVP提高了膜层的平整度,经OTS改性后膜层疏水性和激光损伤阈值均得到提高。