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飞秒激光制备超疏水铜表面及其抗结冰性能 被引量:42
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作者 龙江游 吴颖超 +4 位作者 龚鼎为 范培迅 江大发 张红军 钟敏霖 《中国激光》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第7期156-163,共8页
超疏水表面的制备及其抗结冰性能受到广泛关注,但超疏水表面的微观结构及浸润性能对其抗结冰性能的影响规律仍无定论。利用飞秒激光在金属铜表面制备了一系列具有不同微观特征的微纳米结构,这些表面经过化学修饰后都具有超疏水性,同时... 超疏水表面的制备及其抗结冰性能受到广泛关注,但超疏水表面的微观结构及浸润性能对其抗结冰性能的影响规律仍无定论。利用飞秒激光在金属铜表面制备了一系列具有不同微观特征的微纳米结构,这些表面经过化学修饰后都具有超疏水性,同时对水具有不同的粘附性。系统研究了这些超疏水表面的抗结冰性能,结果表明,这些超疏水表面在低温(-5℃,-10℃)下都能延缓表面水滴的结冰过程。超疏水表面对水的粘附性对其抗结冰性能有显著影响,粘附性较小的超疏水表面比高粘附的超疏水表面具有更为优异的抗结冰性能。 展开更多
关键词 材料 超疏水 水粘附性 抗结冰 飞秒激光
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具有微纳米结构超疏水表面润湿性的研究 被引量:32
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作者 徐建海 李梅 +1 位作者 赵燕 路庆华 《化学进展》 SCIE CAS CSCD 北大核心 2006年第11期1425-1433,共9页
本文综述了近年来具有微纳米结构超疏水表面的研究进展。介绍了具有微纳米结构超疏水表面的制备方法,表面结构对超疏水性能的影响,周期性结构表面超疏水的条件,超疏水表面接触角滞后以及功能化超疏水表面等方面的研究,探讨了这一领域存... 本文综述了近年来具有微纳米结构超疏水表面的研究进展。介绍了具有微纳米结构超疏水表面的制备方法,表面结构对超疏水性能的影响,周期性结构表面超疏水的条件,超疏水表面接触角滞后以及功能化超疏水表面等方面的研究,探讨了这一领域存在的问题及可能的发展方向。 展开更多
关键词 接触角 超疏水表面 微纳米结构表面 接触角滞后
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多功能超疏水表面的制造和应用研究现状 被引量:30
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作者 闫德峰 刘子艾 +2 位作者 潘维浩 赵丹阳 宋金龙 《表面技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第5期1-19,共19页
荷叶表面是自然界中典型的超疏水表面,具有"出淤泥而不染"的特性,近年来,荷叶表面的超疏水现象引起了科研人员的广泛关注。普通表面经构建微纳米级粗糙结构和低表面能修饰后,可获得超疏水表面。将水滴置于超疏水表面上,水滴... 荷叶表面是自然界中典型的超疏水表面,具有"出淤泥而不染"的特性,近年来,荷叶表面的超疏水现象引起了科研人员的广泛关注。普通表面经构建微纳米级粗糙结构和低表面能修饰后,可获得超疏水表面。将水滴置于超疏水表面上,水滴与超疏水表面间存在一层空气垫,空气垫可有效减小水滴与表面的接触面积,使水滴无法浸入表面微观结构中,而被"支撑"在超疏水表面上,因此超疏水表面对水表现出优异的排斥性。这种特殊性能使超疏水表面在诸多领域都有极高的应用前景和市场价值。本文对超疏水基础原理进行了梳理,并对近期超疏水领域的研究成果进行了综述。首先介绍了超疏水表面的经典润湿理论,包括Young模型、Wenzel模型和Cassie-Baxter模型。然后归纳了诸多超疏水表面的制备方法及优缺点,包括激光刻蚀法、化学沉积法、化学刻蚀法、电化学沉积法、电化学刻蚀法、热氧化法、喷涂法等。在分析不同制造方法的基础上,进一步讨论了超疏水表面在自清洁、防雾、抗结冰、耐腐蚀、液体无损转移、油水分离、摩擦发电、芯片实验室、液滴传感器等领域的应用。最后,指出超疏水表面从实验室研究走向生产应用过程中所面临的问题,并对超疏水表面的未来发展进行展望。 展开更多
关键词 超疏水表面 微纳米粗糙结构 低表面能 制造方法 多功能应用
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Superhydrophobic surface of Mg alloys:A review 被引量:26
4
作者 M.Yeganeh N.Mohammadi 《Journal of Magnesium and Alloys》 SCIE EI CAS 2018年第1期59-70,共12页
In the present review,the formation of superhydrophobic(SHP)structures on the surface of Mg alloys was investigated.Different methods including hydrothermal technique,chemical and electrochemical deposition,conversion... In the present review,the formation of superhydrophobic(SHP)structures on the surface of Mg alloys was investigated.Different methods including hydrothermal technique,chemical and electrochemical deposition,conversion and polymer coating,and etching routes were discussed.The superhydrophobicity could form on the surface of Mg alloys by the application of different chemical,electrochemical,and physical methods followed by the immersion of these alloys in the solution containing modifying agents including fatty acids or long-chain molecules.The formed morphology,composition,and contact angle were reported and the effect of synthesis route on these characteristics was reviewed. 展开更多
关键词 Mg alloys superhydrophobic surfaces Chemical deposition Electrochemical coating Conversion coating Polymer coating ETCHING
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仿生超疏水性表面的最新应用研究 被引量:25
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作者 陈钰 徐建生 郭志光 《化学进展》 SCIE CAS CSCD 北大核心 2012年第5期696-708,共13页
近年来,除了荷叶表面,更多具有特殊润湿性的动植物表面同样受到关注。通过研究这些表面微观结构,人们成功地仿生制备出各种功能化超疏水表面,从而更好地满足工业中实际应用的需要。该综述简单地介绍了表面润湿的基本模型和最新的几种特... 近年来,除了荷叶表面,更多具有特殊润湿性的动植物表面同样受到关注。通过研究这些表面微观结构,人们成功地仿生制备出各种功能化超疏水表面,从而更好地满足工业中实际应用的需要。该综述简单地介绍了表面润湿的基本模型和最新的几种特殊表面结构,重点介绍近几年仿生超疏水表面应用的最新研究进展,主要包括超疏水表面在超疏油、表面润湿转换、外界刺激下的润湿行为调控、微流体、抗结冰等方面的应用。最后,对超疏水表面研究的未来发展进行了展望。 展开更多
关键词 超疏水 润湿 接触角 功能化表面
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超疏水表面在金属防护中应用的研究进展 被引量:25
6
作者 蒋帆 赵越 胡吉明 《表面技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第2期109-123,共15页
超疏水表面由于具有独特的微纳米粗糙结构和低表面能性质,能形成空气垫物理屏障层,减小材料表面与水或其他腐蚀介质之间的接触面积,因此被广泛应用于金属的腐蚀防护。首先简单介绍了超疏水表面的相关理论,主要包括Young氏方程、Wenzel... 超疏水表面由于具有独特的微纳米粗糙结构和低表面能性质,能形成空气垫物理屏障层,减小材料表面与水或其他腐蚀介质之间的接触面积,因此被广泛应用于金属的腐蚀防护。首先简单介绍了超疏水表面的相关理论,主要包括Young氏方程、Wenzel模型和Cassie-Baxter模型。然后,归纳总结了三种制备超疏水表面的有效途径:在低表面能物质上构建微纳米级粗糙结构;先构建出具有微纳米级的粗糙结构,再对表面进行低表面能修饰;一步法完成低表面能修饰和微纳米级粗糙结构的构建。在此基础上,详细地综述了常见的超疏水表面(薄膜或涂层)在金属防护中的应用。进一步介绍了通过在超疏水体系中引入缓蚀剂的方式,构建具有主动防护功能的超疏水表面,并介绍了此种超疏水表面在金属防护中的应用。最后指出了目前的超疏水表面在制备工艺以及耐久性等方面存在的问题,并对其在金属防护领域的应用前景和发展方向作出了展望。 展开更多
关键词 超疏水表面 腐蚀防护 缓蚀剂 低表面能修饰 微纳米粗糙结构
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超疏水材料表面液—气界面的稳定性及演化规律 被引量:24
7
作者 吕鹏宇 薛亚辉 段慧玲 《力学进展》 EI CSCD 北大核心 2016年第1期179-225,共47页
超疏水表面功能材料在防污、流动减阻等领域具有重要应用,其中液–气界面的稳定性是关系到该种材料性能发挥的关键因素.微结构液–气界面的稳定性主要体现在浸润状态转变过程,浸润状态恢复过程和气泡形态演化过程三个方面.在压强变化、... 超疏水表面功能材料在防污、流动减阻等领域具有重要应用,其中液–气界面的稳定性是关系到该种材料性能发挥的关键因素.微结构液–气界面的稳定性主要体现在浸润状态转变过程,浸润状态恢复过程和气泡形态演化过程三个方面.在压强变化、气体扩散等多种因素作用下,液–气界面会发生失稳现象,并以不同的形态变化方式进行演化发展.该文首先总结了三类液–气界面稳定性问题.在不同的演化阶段,液–气界面具有不同的位置和形状,体现出不同的稳定性.然后,分别针对液滴系统和水下浸没系统,考虑了几种主要的影响因素,综述了目前国内外关于超疏水微结构液–气界面稳定性研究的主要进展,总结液–气界面的演化机制.最后,展望了该领域中存在的主要科学问题. 展开更多
关键词 超疏水微结构表面 液-气界面 稳定性 演化规律 浸润状态转变过程
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金属基体上超疏水表面的制备及其机械耐久性的研究进展 被引量:18
8
作者 丁元迪 周潼 +2 位作者 王若云 刘磊 胡文彬 《表面技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第12期68-86,共19页
在金属基体上构建超疏水表面可有效解决金属材料在使用过程中不耐腐蚀、容易覆冰等问题,同时赋予其自清洁、油水分离、润滑减阻等特殊功能,具有极高的应用价值和市场前景。但目前普遍存在的规模化生产困难及机械耐久性差的两大问题严重... 在金属基体上构建超疏水表面可有效解决金属材料在使用过程中不耐腐蚀、容易覆冰等问题,同时赋予其自清洁、油水分离、润滑减阻等特殊功能,具有极高的应用价值和市场前景。但目前普遍存在的规模化生产困难及机械耐久性差的两大问题严重限制了其实际应用。归纳了在金属基体上制备超疏水表面的基本方法,对化学刻蚀法、阳极氧化法、电化学沉积法、水热法、喷涂法等5种典型方法进行了重点综述,讨论了其优劣势,并结合最新研究进展,提出低表面能改性剂的绿色环保化和一步法制备超疏水表面是未来的发展趋势。针对超疏水表面机械耐久性的问题,分析了机械磨损导致超疏水材料失效的原因,总结了机械稳定性的测试手段和评价机制,然后立足于机械稳定性和化学稳定性两个关键因素,提出提高金属基体上超疏水表面的机械耐久性,延长服役寿命的4种基本方法:1)精细设计微纳米多级复合结构;2)引入粘结层以加固表面微观结构;3)不使用低表面能物质,仅靠粗糙结构实现超疏水;4)构建自修复表面。最后对该领域未来的研究重点和发展趋势进行了展望。 展开更多
关键词 金属基体 超疏水表面 机械耐久性 低表面能 微纳米粗糙结构 自修复
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Superhydrophobic Surfaces Produced by Applying a Self- Assembled Monolayer to Silicon Micro/Nano-Textured Surfaces 被引量:12
9
作者 Yong Song Rahul Premachandran Nair +1 位作者 Min Zou Yongqiang Wang 《Nano Research》 SCIE EI CSCD 2009年第2期143-150,共8页
A novel way of producing superhydrophobic surfaces by applying a self-assembled monolayer(SAM)to silicon micro/nano-textured surfaces is presented in this paper.The micro/nano-textured surfaces on silicon substrates w... A novel way of producing superhydrophobic surfaces by applying a self-assembled monolayer(SAM)to silicon micro/nano-textured surfaces is presented in this paper.The micro/nano-textured surfaces on silicon substrates were generated by the aluminum-induced crystallization(AIC)of amorphous silicon(a-Si)technique.Octadecyltrichlorosilane(OTS)SAMs were then applied to the textured surfaces by dip coating.The topography and wetting properties of the resulting surfaces were characterized using scanning electron microscopy(SEM)and a video-based contact angle measurement system.The results show that by introducing OTS SAMs on the silicon micro/nano-textured surfaces,superhydrophobic surfaces with water contact angles(WCAs)of 155°were obtained,as compared to the WCAs of OTS-modified smooth silicon surfaces of about 112°.Surface topography was found to directly influence the WCA as predicted by the Cassie-Baxter model. 展开更多
关键词 superhydrophobic wetting property micro/nano-textured surfaces OCTADECYLTRICHLOROSILANE self-assembled monolayer aluminum-induced crystallization of amorphous silicon
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接触角测试的量高法的适用范围 被引量:12
10
作者 李健 黄飞飞 +4 位作者 周益 朱洪丹 何自娟 徐锐 吴伟骏 《科学技术与工程》 北大核心 2013年第16期4486-4490,共5页
量高法是接触角测试的一种简便的测试方法,在工程和研究中得到广泛应用。该方法基于液滴的球形假设,决定其仅有有限的适用范围。通过数值模拟的方法研究量高法所引起的接触角偏差,从而考察量高法的适用范围并给出接触角修正的方法。研... 量高法是接触角测试的一种简便的测试方法,在工程和研究中得到广泛应用。该方法基于液滴的球形假设,决定其仅有有限的适用范围。通过数值模拟的方法研究量高法所引起的接触角偏差,从而考察量高法的适用范围并给出接触角修正的方法。研究发现:采用量高法计算的接触角与真实接触角有很大的偏差,这种偏差在超疏水表面上的接触角测量中尤为明显,可达20°;偏差范围决定于液滴的性质、表面的润湿性能和液滴的体积,液体表面张力小、接触角大和液滴体积大将导致大的偏差。在超疏水或超疏油表面研究中,为精确表征表面的润湿性能,需要对量高法进行偏差修正,提出了一种用于偏差修正的方法,通过该方法可精确确定出真实接触角。 展开更多
关键词 超疏水表面 接触角 量高法 对称液滴分析
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逆向涡对超疏水壁面减阻影响的TRPIV实验研究 被引量:12
11
作者 苏健 田海平 姜楠 《力学学报》 EI CSCD 北大核心 2016年第5期1033-1039,共7页
超疏水壁面由于具有减阻和自清洁功能而成为国内外减阻和海洋防污等研究领域的热点之一,而20世纪湍流中相干结构的发现为湍流的控制指出新的方向,尤其近壁区涡结构对摩擦阻力贡献很大.利用高时间分辨率粒子图像测速技术,研究了超疏水壁... 超疏水壁面由于具有减阻和自清洁功能而成为国内外减阻和海洋防污等研究领域的热点之一,而20世纪湍流中相干结构的发现为湍流的控制指出新的方向,尤其近壁区涡结构对摩擦阻力贡献很大.利用高时间分辨率粒子图像测速技术,研究了超疏水壁面(SH)以及亲水壁面(PH)湍流边界层中正负展向涡的空间分布特征,研究逆向涡对超疏水壁面近壁区流动结构的影响和超疏水壁面的减阻机理.首先利用空间多尺度局部平均涡量的概念提取壁湍流发卡涡展向涡头(顺向涡)和逆向涡,实现了准确识别涡心并排除小尺度涡的干扰;然后根据检测到的顺向涡和逆向涡流线分布图,发现逆向涡始终处于正向涡的上游和下方,并且对正向涡的进一步发展起抑制作用;最后对两种壁面边界层中逆向涡数量以及出现概率进行对比,发现具有减阻效果的超疏水壁面边界层中出现更多逆向涡.说明逆向涡可抑制上方顺向涡与壁面的强烈剪切,并使靠近壁面的流体加速,从而产生减阻效果;超疏水壁面中涡结构具有更大的β角,使其更好地阻碍了发卡涡头附近强烈的喷射和扫略;超疏水壁面逆向涡出现概率明显大于亲水壁面.这些结果表明:超疏水壁面表现出的减阻特性(Reδ≈13 500,减阻5.8%)与两板产生逆向涡的差异有关. 展开更多
关键词 超疏水壁面 逆向涡 减阻机理 TRPIV
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超疏水表面的制备与应用研究进展 被引量:7
12
作者 尤航 彭毅 《功能材料》 CAS CSCD 北大核心 2023年第2期2043-2054,共12页
近年来,受天然动植物的启发,越来越多的研究者设计和制备出了大量仿生超疏水表面。超疏水是指水滴接触角>150°,滚动角<10°的湿润状态。超疏水表面应用广泛,如耐腐蚀、防冰除冻、油水分离、自清洁性等性能,在很多领域有... 近年来,受天然动植物的启发,越来越多的研究者设计和制备出了大量仿生超疏水表面。超疏水是指水滴接触角>150°,滚动角<10°的湿润状态。超疏水表面应用广泛,如耐腐蚀、防冰除冻、油水分离、自清洁性等性能,在很多领域有着较大的价值,国内外诸多学者开展了超疏水表面的制备及应用研究。高效的制备方法及持续的超疏水性能已成为该领域的研究热点和重要发展方向。在简要回顾超疏水理论模型之后,按照超疏水表面的制备方法以及应用等方面进行归纳分类并详细介绍其研究和应用现状,最后对其未来的发展趋势进行展望。 展开更多
关键词 超疏水表面 理论基础 制备方法 应用 研究进展
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仿生超疏水表面在海洋腐蚀防护中的应用 被引量:11
13
作者 陈晓彤 王鹏 张盾 《装备环境工程》 CAS 2018年第10期1-7,共7页
在介绍超疏水表面相关理论的基础上,总结了现有仿生超疏水表面的制备方法及其海洋腐蚀防护机制研究,重点分析了超疏水表面在实际应用中面临的水下稳定性和机械稳定性两方面问题及相关对策,并对超疏水表面应用的未来发展方向进行了展望。
关键词 超疏水表面 海洋腐蚀防护 水下稳定性 机械稳定性
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超疏水表面流场特性及减阻规律的数值仿真研究 被引量:9
14
作者 黄桥高 潘光 +2 位作者 宋保维 刘占一 胡海豹 《船舶力学》 EI CSCD 北大核心 2014年第1期1-11,共11页
在建立超疏水表面流场数值仿真模型的基础上,对具有微观形貌的超疏水表面在湍流状态下的流场特性和减阻规律进行了仿真研究。仿真结果显示,超疏水表面气液界面处产生了显著的滑移流动,微观形貌附近出现了成对的流向涡。这些因素共同抑... 在建立超疏水表面流场数值仿真模型的基础上,对具有微观形貌的超疏水表面在湍流状态下的流场特性和减阻规律进行了仿真研究。仿真结果显示,超疏水表面气液界面处产生了显著的滑移流动,微观形貌附近出现了成对的流向涡。这些因素共同抑制了湍流脉动,降低了各向雷诺应力,减少了流动能量损失,从而使超疏水表面产生减阻效果;超疏水表面减阻量随自由剪切面积比的增大而增大,随形貌周期的增大而增大,且减阻效果与滑移之间存在定性的关系,滑移越大,减阻效果越好。 展开更多
关键词 超疏水表面 微观形貌 流场结构 滑移 减阻规律
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液滴撞击超疏水表面的能量耗散机制 被引量:9
15
作者 刘森云 沈一洲 +2 位作者 朱春玲 陶杰 谢磊 《航空学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第2期91-99,共9页
针对飞机表面易结冰部位设计超疏水表面,可以大幅度减轻对高能耗防/除冰技术的依赖程度,进而提高飞机的燃油经济性。主要通过实验研究与数值模拟的手段,分析讨论了液滴撞击分级粗糙结构超疏水表面过程中的能量耗散机制。以Ti6Al4V为基... 针对飞机表面易结冰部位设计超疏水表面,可以大幅度减轻对高能耗防/除冰技术的依赖程度,进而提高飞机的燃油经济性。主要通过实验研究与数值模拟的手段,分析讨论了液滴撞击分级粗糙结构超疏水表面过程中的能量耗散机制。以Ti6Al4V为基体经过喷砂处理形成微米级粗糙结构,然后在1mol/L的低浓度NaOH溶液中水热生长一层一维纳米线,构建出微/纳米复合粗糙结构并氟化修饰获得超疏水表面。通过场发射扫描电镜(FE-SEM)观察了微观形貌的变化规律,利用动态视频接触角测量仪表征试样表面液滴表观接触角与接触角滞后。基于气液两相流动界面追踪的复合Level set-VOF方法,实现了液滴撞击超疏水表面过程的数值模拟。采用高速摄像技术记录了撞击液滴在超疏水表面的运动过程,实验验证了模拟方法与铺展计算模型的正确性,并详细讨论了液滴运动过程中的能量耗散问题,分析表明液滴撞击过程中的能量耗散主要取决于超疏水表面的动态润湿特性和润湿界面模型。 展开更多
关键词 超疏水表面 撞击液滴 数值模拟 能量耗散 润湿界面模型
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超疏水材料表面冷凝液滴自移除及液滴尺寸分布规律 被引量:7
16
作者 周宝玉 杨辉 +2 位作者 冯伟 姜玉凤 陈跃 《表面技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第5期170-176,190,共8页
目的优化电化学沉积法制备氢氧化铜纳米结构的实验参数,探究不同润湿性表面冷凝液滴尺寸分布规律。方法采用正交试验法,综合考虑电解液浓度、反应温度、极化时间、电流密度对接触角的影响,并通过SEM分析其表面形貌。同时,基于MATLAB软件... 目的优化电化学沉积法制备氢氧化铜纳米结构的实验参数,探究不同润湿性表面冷凝液滴尺寸分布规律。方法采用正交试验法,综合考虑电解液浓度、反应温度、极化时间、电流密度对接触角的影响,并通过SEM分析其表面形貌。同时,基于MATLAB软件,提出一种能快速精确识别、提取并统计冷凝液滴特征值的图像处理方法。结果正交试验最优参数为浓度0.5mol/L、温度5℃、时间2000s、电流密度4 mA/cm^2,此时样品表面接触角高达168.8°,滚动角小于3°。冷凝实验结果显示,在超疏水表面,冷凝液滴会频繁的合并自移除,液滴平均粒径最小,粒径在1~10μm范围内的液滴占比维持在50%左右;而在疏水与亲水样表面,冷凝液滴仅能发生合并现象,液滴平均粒径显著增大;冷凝后期,超疏水、疏水与亲水样表面冷凝液滴密度分别稳定在2000、1000、360 mm-2左右。结论纳米针结构能最大限度地降低固液接触面积,降低冷凝液滴粘附力,提高冷凝液滴合并自移除频率,减少冷凝液滴直径,提高冷凝液滴更新率,有望实现高效冷凝传热。同时通过与Image-J图像处理结果比对,验证了该冷凝液滴尺寸分布图像处理方法的可行性。 展开更多
关键词 超疏水表面 滴状冷凝 正交试验 自移除 尺寸分布 图像处理
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结霜初期超疏水表面液滴生长的规律 被引量:7
17
作者 赵伟 梁彩华 +1 位作者 成赛凤 罗倩妮 《中南大学学报(自然科学版)》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第1期231-238,共8页
为了研究结霜初期液滴在超疏水表面的生长规律,建立结霜初期超疏水表面液滴生长的分层模型,揭示液滴在生长过程中各层温差的分布特点,并深入研究表面接触角、面积分数、基底温度以及空气相对湿度对液滴生长的影响规律。研究结果表明:在... 为了研究结霜初期液滴在超疏水表面的生长规律,建立结霜初期超疏水表面液滴生长的分层模型,揭示液滴在生长过程中各层温差的分布特点,并深入研究表面接触角、面积分数、基底温度以及空气相对湿度对液滴生长的影响规律。研究结果表明:在结霜初期,液滴的Knudsen层以及主流连续区层这2部分的温差占基底过冷度的95%以上;随着表面接触角的增大,传质环节中的主流连续区层的温差减小,导致液滴生长减缓;面积分数S对液滴生长的影响较小,当S=0.04时,与其相关的热阻Rwe仅约占液滴-翅片层总热阻的0.2%;液滴生长速率随着基底温度的降低和空气相对湿度的升高而升高。 展开更多
关键词 超疏水表面 液滴生长 接触角 面积分数
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激光纹理化调控材料表面疏水性能研究进展 被引量:3
18
作者 张茂 易川云 +6 位作者 杨化雨 张嘉城 王新云 王爱华 周丹 邓燕 刘建春 《精密成形工程》 北大核心 2023年第4期153-163,共11页
超疏水表面由于具有减阻、抗污、防水等独特性能,广泛应用于日常生活、军事、工业等场景,材料表面的微纳结构及化学成分对其超疏水性能有着重要影响。激光纹理化技术由于具有加工分辨率高、加工方式灵活、可加工材料多等优势,可用于制... 超疏水表面由于具有减阻、抗污、防水等独特性能,广泛应用于日常生活、军事、工业等场景,材料表面的微纳结构及化学成分对其超疏水性能有着重要影响。激光纹理化技术由于具有加工分辨率高、加工方式灵活、可加工材料多等优势,可用于制备疏水性能精确可控的表面微纳结构,在制造超疏水表面方面有着广阔的应用前景。首先,介绍了激光纹理化的作用机理,综述了常用的激光纹理化方式,如激光直接写入法、激光干涉图案化法及激光诱导周期性结构法等,并介绍了激光参数对微纳结构的影响。根据表面微纳结构的形貌、周期及尺寸特点对激光纹理化制备的表面分层微纳结构进行了总结归纳,包括覆盖随机纳米结构或激光诱导周期性结构的微沟槽、微网格、微柱及微峰,重点介绍了分层微纳结构的制备方式及微纳结构对疏水性的影响。总结了提高分层微纳结构表面疏水性的后处理方式,包括环境老化、表面化学改性及热处理等,并介绍了后处理方式调控疏水性的作用机理。最后,对采用激光纹理化技术制备超疏水表面的应用前景进行了展望。 展开更多
关键词 超疏水表面 微纳制造 激光纹理化 激光加工 接触角 表面工程
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超疏水壁面湍流边界层减阻机理的TRPIV实验 被引量:7
19
作者 王二丹 田海平 +2 位作者 张静娴 姚朝辉 姜楠 《航空动力学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第12期2870-2877,共8页
利用高时间分辨率粒子图像测速(TRPIV)技术,开展超疏水壁面材料湍流边界层减阻机理的实验研究.在循环水槽中,对超疏水壁面和亲水壁面湍流边界层瞬时速度矢量场的时间序列进行了实验测量.得到了同一来流速度(0.17m/s)下超疏水壁面和亲水... 利用高时间分辨率粒子图像测速(TRPIV)技术,开展超疏水壁面材料湍流边界层减阻机理的实验研究.在循环水槽中,对超疏水壁面和亲水壁面湍流边界层瞬时速度矢量场的时间序列进行了实验测量.得到了同一来流速度(0.17m/s)下超疏水壁面和亲水壁面湍流边界层的平均速度、湍流度及雷诺切应力沿法向的分布规律.提出了空间多尺度局部平均涡量的概念,并以此为特征量检测壁湍流发卡涡展向涡头的中心位置.用条件采样及空间相位平均技术提取了不同法向位置发卡涡展向涡头周围流向脉动速度和流线的空间拓扑,对发卡涡展向涡头的俯仰角进行了对比,并从鞍点-焦点动力系统的角度分析了发卡涡展向涡头附近的流线拓扑特征.研究表明:雷诺数约为13 500时,相比亲水壁面,超疏水壁面实现了10.1%的减阻.超疏水壁面平均速度明显增大,雷诺切应力减小,流向湍流度减弱,发卡涡展向涡头俯仰角较小,近壁区相干结构的发展受到抑制. 展开更多
关键词 湍流减阻 超疏水壁面 湍流边界层 高时间分辨率粒子图像测速(TRPIV) 鞍点-焦点动力系统 空间多尺度局部平均涡量
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飞秒激光参数对硅橡胶表面结构与防冰性能影响的研究
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作者 贺彬波 蒋果 杨灿 《精密成形工程》 北大核心 2024年第6期12-23,共12页
目的采用飞秒激光刻蚀硅橡胶表面,获得表面结构较优、润湿性能与防冰性能优异的超疏水硅橡胶表面。方法通过控制变量,设计单因素试验,研究飞秒激光参数(填充间距、能量密度、扫描速度)对硅橡胶表面结构的影响规律。基于正交试验设计和... 目的采用飞秒激光刻蚀硅橡胶表面,获得表面结构较优、润湿性能与防冰性能优异的超疏水硅橡胶表面。方法通过控制变量,设计单因素试验,研究飞秒激光参数(填充间距、能量密度、扫描速度)对硅橡胶表面结构的影响规律。基于正交试验设计和极差分析获得使表面结构规整且表面粗糙度最大的相对最优工艺参数,研究飞秒激光参数对表面粗糙度的影响主次顺序。结果飞秒激光刻蚀硅橡胶的相对最佳工艺参数如下:能量密度为5 J/cm^(2),扫描速度为200 mm/s,填充间距为20μm。最优参数组下激光刻蚀的超疏水硅橡胶表面粗糙度达到最大值5.954μm,具有规整的峰状凸起与微纳结构和优异的超疏水性能,水接触角高达165.3°,滚动角低至2.6°。该超疏水硅橡胶表面具有优异的防冰性能,在低温高湿环境下,与未处理的硅橡胶表面相比,结冰时间由67 s延长至312 s,冰黏附强度由39.6 kPa降低至7.4 kPa。超疏水硅橡胶还具有良好的循环除冰性能,经20次结冰/除冰循环后,冰黏附强度仍不超过20 kPa;此外,该表面还具有优异的耐腐蚀性能和良好的耐磨损性能。结论飞秒激光增大能量密度和减小扫描速度会使激光刻蚀宽度增大,要避免纵向条纹,应控制填充间距不超过激光刻蚀宽度。激光参数优化后刻蚀出的超疏水硅橡胶表面具备优异的防冰性能,并且机械与化学稳定性较好,在恶劣环境中的防冰领域,具有广阔的应用前景。 展开更多
关键词 硅橡胶 飞秒激光刻蚀 纵向条纹 激光参数优化 超疏水表面 防冰表面
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