多级微结构表面润湿性的尺度效应分析

多级微结构表面,随着微结构尺度的减小,三相接触线长度的增加,线张力对表观接触角的影响越来越大,引起了研究人员的广泛关注.基于热力学理论,建立考虑线张力影响的多级结构表面接触角理论模型,给出不同状态下接触角的预测公式,具体分析微结构尺寸对多级微结构表面接触角的影响.利用热力学理论及力学平衡分析浸润一级微结构转型所需突破的临界压力及能量势垒,发现在微米尺度下,减小微结构的尺寸不仅可以提高表观接触角,而且能提高浸润转型所需的临界压力和能量势垒,有助于提高润湿稳定性.

文哈贝壳多级微结构特征及螺旋交叉微结构的韧性机制

使用扫描电镜(SEM)观察了文蛤贝壳的微结构。结果显示:文哈贝壳是一种由无机霰石和有机胶原质组成的多级生物陶瓷复合材料。贝壳由平行的霰石层组成,每一霰石层由长而薄的霰石片所组成,每一霰石片又是由直径在纳米尺度的霰石纤维组成;在不同霰石层中的霰石纤维具有不同的方向,它们构成一种螺旋交叉微结构。对螺旋交叉微结构和平行微结构进行了与材料断裂韧性有关的最大拔出力的比较分析,结果表明:螺旋交叉微结构的最大拔出力明显大于平行微结构的最大拔出力,螺旋交叉角越大,拔出力的差值也越大。

水下多级微结构液气界面的稳定性和可恢复性研究

微结构表面浸没水下所形成的液气界面对减阻等应用具有重要意义.液气界面的稳定存在是结构功能表面发挥作用的前提.因此,如何增强液气界面的稳定性以抵抗浸润转变过程,以及在液气界面失稳之后,如何实现去浸润过程以提高液气界面的可恢复性能,均具有重要的科学研究意义和实际应用价值,也是国内外研究关注的热点问题.本文针对具有多级微结构的固体表面,研究其在浸没水下后形成的液气界面的稳定性和可恢复性.通过激光扫描共聚焦显微镜对不同压强下液气界面的失稳过程和降压后的恢复过程进行原位观察,实验结果和基于最小自由能原理的理论分析相吻合.本文揭示了多级微结构抵抗浸润转变以及提高液气界面可恢复性能的机理:侧壁上的次级结构(纳米颗粒、多层翅片)通过增加液气界面在壁面的表观前进接触角增强了液气界面的稳定性;底面的次级结构(纳米颗粒和封闭式次级结构)可以维持纳米尺寸气核的存在,有利于水中溶解气体向微结构内扩散,最终使液气界面恢复.本文的研究为通过设计多级微结构表面来获得具有较强稳定性和可恢复性的液气界面提供了思路.

激光烧蚀压印制备疏水铝箔表面的耐久性

提出了一种激光烧蚀压印技术制备具有多级微结构的疏水铝箔表面。该技术利用激光直接辐照在工件表面,利用烧蚀诱导的冲击压印获得一级微结构,同时利用烧蚀诱导的融化材料的流动获得二级微结构。为了检验耐久性,对疏水铝箔工件进行了酸碱腐蚀实验和不同环境存储实验。实验结果表明,酸碱腐蚀会破坏工件表面的微观形貌和低表面能,因此工件接触角随着腐蚀时间增长而降低。其中碱腐蚀工件时反应比酸腐蚀剧烈得多,工件表面形貌受损也更大,工件表面在碱腐蚀16 h后就达到了超亲水状态(25°),而酸腐蚀24 h后也依然表现为疏水性(97°)。再次进行时效处理后,工件依然能在三周后达到稳定的疏水状态,但疏水性能比腐蚀前要差,且酸腐蚀工件的最终疏水性(120°)比碱腐蚀工件(105°)要好。不同存储环境对工件表面形貌几乎没有影响。存储在空气中的工件接触角无明显变化,存储在盐水中的工件丧失疏水性(87°),存储在纯水中的工件表现比盐水稍好(96°)。再次进行时效处理后,纯水存储的工件接触角可以恢复到135°左右,而盐水存储的工件仅能恢复到120°。激光烧蚀压印制备的疏水铝箔基本能够满足应对复杂环境的要求。

纳米棒组装的WO_3·0.33H_2O及其光催化性能改善（英文）

以十二烷基苯磺酸(DBSA)和钨酸钠为原料,在无其它辅助剂条件下,通过水热方法制备了由纳米棒组装成的三维多级微结构WO_3·0.33H_2O。结果表明,反应原料DBSA不仅在反应中提供氢离子,而且还具备表面活性剂调控产物形貌的作用。在可见光照射下,由于其特殊的多级结构,WO_3·0.33H_2O展现出较强的光催化降解罗丹明B活性,降解率达100%,重复使用5次后,降解率仍保持较高水平。

基于不同粒径SiO2的疏水薄膜制备及其性能

以球状SiO2为原材料,采用层层组装法制备一级和二级微结构表面,通过SEM、接触角测量仪对其表面形貌与疏水性能进行表征,研究低表面能修饰、不同粒径、不同等级对其疏水性能的影响,并对其不同条件下的疏水稳定性进行研究。结果表明:经修饰后,薄膜都由亲水变为疏水;未修饰时,2μm和20 nm SiO2复合的二级微结构疏水性能高于2μm或20 nm一级微结构,修饰后也是如此,修饰后的二级微结构表面接触角为161.3°,滚动角为3.2°;二级微结构表面经240℃高温、紫外照射200 h仍能够保持良好的疏水性能。