超疏水纳米结构表面池沸腾特性

本文通过采用物理气相沉积法于TiO2纳米管阵列表面修饰一层聚四氟乙烯(PTFE)纳米颗粒,得到超疏水表面,并研究此超疏水纳米结构表面的池沸腾特性.研究表明,超疏水纳米结构表面沸腾特性类似于膜沸腾,沸腾工质难以浸润该表面,其沸腾传热系数及临界热流密度均较低.分析表明,固液处于Cassie-Baxter接触状态,纳米结构表...     

微纳米结构超疏水表面低浓度乙醇液滴的合并弹跳

本文以去离子水、质量分数为8%和16%的低浓度乙醇溶液为工质,研究了液体表面张力对液滴在平超疏水和层级微槽超疏水表面合并弹跳的影响,揭示液体表面张力变化引起液滴合并过程中与表面结构相互作用的改变,为实现低表面张力工质的动力学行为调控研究提供前期探索。研究发现,在平超疏水表面,质量分数为8%和16%的乙醇液滴合并弹跳过程由惯性效应主导,合并弹跳速度遵循惯性毛细定律,无量纲速度为0.23～0.27,能量转化效率为5.6%～6%。液体表面张力的减小导致平超疏水表面液滴合并弹跳速度的减小,并未影响液滴合并过程中内部动量的传递机制。在层级微槽超疏水表面,槽道边缘增强的黏附作用改变了乙醇液滴合并过程的形态演变,影响了其内部动量的传递,导致液滴合并弹跳速度和能量转化效率降低。随着液体表面张力的减小,液滴间凸台结构对合并弹跳性能的强化作用减弱,而凹槽结构对合并弹跳性能的恶化作用增强。     

超疏水-疏水组合表面蒸汽冷凝的实验研究

液滴的快速脱落和移除对蒸汽滴状冷凝传热具有重要的影响,超疏水表面由丁二具有接触角大,接触角滞后小的优点而用于驱动冷凝液滴的自发运动,但是,常压蒸汽在超疏水表面冷凝时,液滴的润湿形态还没有定论。本文设计了超疏水疏水条纹间隔排列的超疏水一疏水组合表面,研究了常压蒸汽在组合表面上的冷凝过程,观测了液滴的运动特性,测量了超疏水一疏水组合表面上常压蒸汽冷凝传热性能。实验结果显示疏水区液滴在表面张力差的作用下从疏水区向超疏水区自发迁移,说明超疏水区液滴处于Wenzel润湿形态,超疏水一疏水组合表面蒸汽冷凝传热性能比完全超疏水和完全疏水表面传热性能的面积加权平均值大。说明液滴的自发迁移运动强化了疏水区的传热性能。     

纳米结构超疏水表面冷凝现象的三维格子玻尔兹曼方法模拟

采用三维多相流格子玻尔兹曼方法 (lattice Boltzmann method, LBM),对纳米结构超疏水表面液滴的冷凝行为进行模拟研究.通过Laplace定律和光滑表面的本征接触角理论对三维LBM模型进行定量验证.模拟分析了超疏水表面纳米阵列的几何尺寸和润湿性的局部不均匀性对冷凝液滴形核位置和最终润湿状态的影响规律.结果表明,较高的纳米阵列使液滴在纳米结构间隙的上部侧面和底部优先形核长大,通过采用上下不均匀的间隙可避免液滴在底部形核长大,而在上部侧面形核的冷凝液滴在生长过程中向上运动,其润湿状态由Wenzel态转变为Cassie态;较低的纳米阵列使液滴在纳米结构底部优先形核长大,液滴的最终润湿状态为Wenzel态;润湿性不均匀的纳米结构表面使液滴在阵列顶端亲水位置处优先形核长大,成为Cassie态.冷凝液滴在不同几何尺寸的纳米结构表面上的最终润湿状态的模拟结果与文献报道的实验结果符合良好.通过模拟还发现,冷凝液滴在生长过程中的运动行为与液滴统计平均作用力的变化有关.本文的LBM模拟再现了三维空间中液滴的形核、长大和润湿状态转变等物理现象.     

疏水-超疏水组合表面倾斜管外混合蒸气冷凝过程

本文在铜管外制备疏水超疏水组合表面,控制铜管和重力方向的倾角为0°、30°、45°、60°,利用高速摄像系统研究混合蒸气冷凝过程中表面润湿性和重力的协同调控机制,观测了液滴的动态特性,测量了组合表面上混合蒸气传热性能.结果表明:倾角增大,组合表面上的冷凝液滴会偏离重力方向沿着疏水环向下冲刷;倾角60°时,疏水区域的液滴会合并到相邻的上下超疏水区域;和亲水光滑铜管相比,组合表面上含不凝气30%的混合水蒸气冷凝传热随倾角度增加先下降、之后保持不变、最后升高,分别提高50%～65%(竖直)、35%～55%(倾角30°和45°)、45%～55%(倾角60°)。     

超亲水-超疏水组合壁面冷凝性能研究

本文通过水热法,结合气相沉积法和掩膜紫外光刻法,在玻璃基底上成功地制备了一种具有多尺度结构的超亲水-超疏水组合壁面,并对制备的具有不同润湿差异的组合壁面的冷凝效率进行了测试。结果表明壁面的冷凝效率取决于亲疏水区域的宽度和润湿性差异,其中当亲水区域宽度为0.80 mm,接触角约为0°,疏水区域宽度为0.95 mm,接触角为158°时,其冷凝效率相比光滑铜片的冷凝效率可以提高39%。进一步分析表明,液滴在极端润湿模式的组合表面的润湿分界线处具有较高的体积传输速率,且在超亲水区形成的连续微流通道加快了冷凝液滴快速排放,提高了整体表面的自更新能力。本文的研究,将为复杂润湿界面滴状冷凝的优化提供方向。     

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.     

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．     

飞秒激光制备超疏水表面的研究进展

超疏水表面由于具有广阔的应用前景而引起了研究者的关注。与传统的微纳加工方法相比,飞秒激光技术具有加工材料广、加工精度高和可控性强等优势,目前已成为制备超疏水表面的一种有效途径。本文介绍了飞秒激光微纳加工的特点以及润湿性的理论基础,总结了近些年来采用飞秒激光技术在不同材料表面构筑超疏水表面的研究进展,并对其应用进行了介绍,最后探讨了目前该领域存在的问题及未来的发展方向。     

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。     

稳定超疏水性表面的理论进展

自然界中很多动植物都具有稳定的超疏水性, 它们既拥有高接触角, 又拥有低滚动角, 且能长期稳定存在.通过对它们的研究, 发现表面的润湿性与表面的化学成分、表面的几何形貌有关, 并且表面几何结构的影响更为显著, 甚至可以实现由亲水性表面向超疏水转变. 虽然目前在这个领域已经有大量的实验验证了表面粗糙结构的重要作用, 但是对于表面微纳米结构对表面疏水性机理的理论研究还并不完善. 本文详细介绍了超疏水表面的基本理论及其适用性、 接触角滞后现象, 分别从经典理论和能量的观点探讨了润湿状态转化发生的条件, 重点介绍了通过仿生理念对表面几何形貌的优化设计, 包括单尺度和多尺度表面结构对于设计稳定超疏水表面的作用. 最后, 对超疏水理论的不足和未来发展进行了展望. 关键词： 超疏水 仿生 接触角 滞后     

超疏水和超亲水表面对脉动热管性能的影响

本文实验研究了完全超疏水脉动热管和蒸发段为超亲水,冷凝段和绝热段为超疏水的组合表面脉动热管的性能。超疏水表面自由能较低、滞后角小、液滴在表面容易移动。实验发现,与紫铜脉动热管汽液界面呈凹界面不同,超疏水表面汽液界面呈凸界面。组合表面脉动热管汽液界面的长度显著大于完全超疏水脉动热管。与紫铜脉动热管相比,组合脉动热管液弹脉动的振幅增加,而完全超疏水脉动热管蒸发段出现部分烧干,液弹脉动的振幅显著下降。     

基于超疏水高黏附结构的痕量农药分子现场检测SERS基底研究

多种农药,包括孔雀石绿(MG)作为禁用兽药,存在食用致癌的风险.由于MG低廉的价格和极好的药效,在渔业养殖中一直被不法商贩非法使用,使得鱼类生鲜中时有MG残留检出.针对MG分子痕量残留的检测,目前一般是抽取少量养殖水样,再利用高效液相色谱柱、液相色谱-光谱等方法来评估其是否超标.这类传统的检测方法一般需要依赖价格昂贵的...     

自清洁功能的超疏水微/纳米结构铜网用于高效的分离油水

本文介绍了一种简便的方法制备n-十二烷基三甲氧基硅烷@三氧化钨包覆的超亲油超疏水的铜网.所制备的铜网显示了较为突出的超亲油和超疏水性能,该铜网的水接触角大约有154.39°,而油接触角接近于0°.实验利用了各种有机溶剂和水的混合物对所制备网膜进行分离性能测试,结果表明所得涂覆铜网的油水分离效率高达99.3V,并且水的通量大约为9962.3 L·h~(-1)·m~(-2).所制备的铜网具有良好的稳定性,经过10次分离循环后分离效率仍然保持在90%以上.由于三氧化钨优异的光催化降解性能,所制备铜网具有自清洁能力.因此,被润滑油污染的网膜可以恢复超疏水性,而这种自清洁性使所制网膜可以反复用于油水分离.     

水蒸气在超疏水表面上的冷凝传热

用高温裂解法在紫铜基底上制备了疏水性碳纳米管膜,通过对此碳纳米管膜进行氟化处理,改善了表面的疏水性.在室温下,实验测得水在这种表面上的接触角在90°～130°之间.以水蒸气为冷凝介质的冷凝传热实验表明,水蒸气在超疏水纳米材料表面上能形成较好的滴状冷凝,冷凝传热膜系数可达40000 W/(m2·K).与纯粹膜状冷凝相比,冷凝传热系数提高3～4倍.分析表明,此碳纳米管膜所产生的附加热阻只占冷凝传热热阻的千分之一,对冷凝传热膜系数的影响可以忽略.     

等离子体制备自修复超疏水涂层纤维

通过低温等离子体聚合交联作用,制备了基于PDMS@ZnO纳米颗粒复合涂层的超耐久、自修复超疏水涤纶纤维.研究了制备工艺对超疏水性、自修复性以及涂层的耐久性和稳定性的影响.结果显示,PET-g-PDMS@ZnO织物表面的水接触角(WCA)可达162.7°,滚动角(SA)为7.5°,经过300次水洗循环和1300次摩擦循环...     

基于超疏水性紫竹梅叶的SERS研究

本文以表面超疏水性的紫竹梅叶片为基质,用疏水浓缩效应制备了银纳米粒子基底。所制备的基底同样具有超疏水性。对探针分子R6G进行了表面增强拉曼散射光谱检测,当R6G的浓度稀释到5×10^-11 mol/L时都有很明显的特征峰,说明该基底具有很好的增强效果。另外对紫竹梅叶片的正反表面制备的基底的增强效果进行了研究,发现其增强程度差别不大,于是采用正面来制备基底进行进一步实验研究。利用所制备的基底对福美双残留进行检测,发现其检测限度可达5×10^-8 mol/L。低于国标福美双0.1 mg/kg(对应摩尔浓度为4.16×10^-7 mol/L)的最大残留限量,可作为福美双农药残留一种快速的检测方式。该基底制备简单,在普通实验室就能完成,有望作为农药残留一种快速有效的检测方法。     

微结构超疏水表面减阻特性数值研究

通过湍流状态下超疏水表面的数值模拟,研究超疏水表面湍流流动的速度和剪应力分布,分析其与减阻的内在关系,初步总结出微观结构与减阻率之间的基本规律.数值模拟采用非定常雷诺平均模型,气液两相流则采用VOF模型.结果表明:超疏水表面存在滑移流动和周期分布的剪应力,其不仅可以实现减阻也有可能导致增阻;微结构尺寸对减阻率有显著影响,为了尽可能增大减阻率,矩形微结构的深宽比应大于3:2,且凹槽间距应尽可能小,凹槽宽度应小于200微米.     

超疏水膜油水分离特性实验研究

随着工业不断发展,含油废水的有效治理引起了人们的关注,寻求一种高效节能的油水分离方法迫在眉睫。本文分别以不锈钢金属丝网和不锈钢多孔板为基底,采用喷涂-高温塑化的方法制备了超疏水网膜及板膜。利用超疏水膜进行油水分离实验并探究了不同操作条件对分离效果的影响,得到当初始含油量低于50 g/L时,其对分离效率影响不大;板膜的分离效率随油水混合物流量的增加而降低,随分离压差的增大而增大;油水混合物流量对网膜分离效率的影响不大。分析机理发现,利用超疏水膜进行油水分离是基于油和水在膜层表面润湿性的差异,油能润湿表面并透过膜层,而水不能润湿表面无法透过膜层,从而实现油水分离。