超声刻蚀法构建分级结构的超疏水表面

在湿法刻蚀和超声空化的基础上,采用超声刻蚀法制备了具有微纳米分级结构的超疏水表面.以等体积比的硝酸/乙醇（体积分数为4%）和双氧水（质量分数为30%）的混合溶液作为刻蚀剂,在室温下对60Si2Mn钢、60#钢、T10钢、Cr06钢、65Mn钢和硅钢表面超声刻蚀2~10 min,构建出多种形貌的微纳米分级结构.上述表面经氟硅烷修饰后具有超疏水性,水的表观接触角高达157.0°,155.8°,157.4°,154.9°,157.6°和156.8°,滚动角分别为6.5°,19.2°,6.1°,7.8°,6.7°和7.2°.与常规刻蚀方法相比,超声刻蚀的化学刻蚀作用因与空化作用耦合而得到强化和改变,从而在钢表面构建出分级结构.由于材料表面微结构形貌和固/液界面接触状态不同,制得的超疏水表面表现出的润湿行为也不同.超声刻蚀法简单易行,成本低廉,适用于其它金属表面构建微纳米分级结构和超疏水表面.

蚊子复眼的防雾原理

蚊子复眼具有超疏水性和防雾功能,主要归功于蚊子复眼具有特殊的微、纳米分级结构。建立了复眼的微、纳米分级结构模型;并从界面疏水稳定性和热力学的角度进行了分析。界面稳定性分析表明蚊子眼微米和纳米级结构可抵抗的最大压力分别为67.2 k Pa和181 k Pa,能够有效地抵御外部雾滴的润湿。对于纳米尺度的小雾滴,由于受尺度和线张力的影响,类Wenzel状态的自由能高于类Cassie状态,因此在雾化过程中总是形成类Cassie状态,并进而形成Cassie状态。由于微米结构特别的半球形状和紧密排列,能够形成锥形疏水毛细管,这一锥形毛细管能够在雾滴长大过程中将雾滴从微结构内部排出,从而实现防雾。蚊子复眼上小尺度的纳米结构是实现防雾的基础和关键。

荷叶在水下的超疏水状态的寿命测试与分析

水下超疏水现象在金属防腐蚀保护、减阻和防止水下污垢等方面具有重要的应用价值.水下超疏水状态的寿命是制约超疏水材料在水下应用的重要因素.本文通过连续记录超疏水界面处反射光光强变化测试了荷叶在不同水深下的超疏水状态的寿命.荷叶在水下的润湿状态随时间变化可分为3个阶段:非润湿阶段、部分润湿阶段、完全润湿阶段.非润湿阶段持续的时间即是水下超疏水状态的寿命,随水深的升高呈指数下降,在水深高于毛细力所能抵抗的极限深度时寿命又进一步缩短.气液界面的稳定依靠毛细力产生的悬挂力和空气内部压力共同维持.提高毛细力所能抵抗的极限水深可以使超疏水材料在更深的水域下得到应用.