微纳复合结构表面稳定润湿状态及转型过程的热力学分析

自然界中的微纳复合结构超疏水表面由于其独特的润湿性质引起了人们的广泛关注,大量实验研究表明了仿生人工微纳复合结构表面润湿性能的优越性,然而液滴在微纳复合结构表面的润湿状态和转型过程的理论研究还并不完善.本文首先用热力学方法分析了液滴在微纳复合结构表面可能存在的所有状态(四种稳定润湿状态和五种亚稳态到稳定态转型中的过渡态),推导出了相应的能量表达式及表观接触角方程;基于最小能量原理,确定液滴在微纳复合结构表面的稳定状态,较以往模型相比,能够更好的预测已有的实验结果;其次研究了微纳结构尺寸对稳定润湿状态和亚稳态到稳定态转型过程的影响;最后提出了微纳复合结构表面设计原则,即确定"超疏水稳定区"尺寸范围,为超疏水表面的制备提供理论依据.

微纳复合结构表面汽泡动力学行为可视化研究

本文利用高速摄像运动分析技术对竖直放置的微纳复合结构表面热沉中的汽泡动力学行为进行了可视化实验研究。本文对微纳复合结构热沉表面的汽泡生长过程进行了描述;得到了纳米涂层的厚度变化对汽泡生长当量直径和生命周期的影响的实验结果。实验结果表明:随着微纳复合结构表面的纳米层厚度增加,汽泡生命周期缩短,汽泡的三个生长阶段之间的界限逐渐不明显,汽泡破裂时的汽泡当量直径减小。

高热流密度下微纳表面过冷流动沸腾传热特性

微纳结构表面的强化传热技术在高热流密度的电子设备和托卡马克偏滤器等冷却系统中有很大的应用潜能。微纳表面过冷流动沸腾传热过程复杂,其传热特性的影响因素及其影响机制尚不明确,因此限制了微纳表面的广泛应用。针对这一问题,对3种不同结构的微纳表面开展了水的过冷流动沸腾实验研究,实验条件如下:压力为0.5MPa、1MPa与1.5MPa,流速为1m/s、3m/s与5m/s,入口过冷度为303K、313K与323K,热流密度为3.4MW/m^(2)~13.1MW/m^(2)。基于实验得到的530组过冷流动沸腾传热实验数据,评估了现有文献中的25个流动沸腾传热系数经验关系式,表现最好的公式是Kutateladz公式,其平均绝对误差为22.2%。评估结果可为微纳表面强化传热技术在冷却系统中的应用提供参考。

中红外仿生复合微纳结构减反射表面研究

利用原子层沉积技术共形生长的特点,同时利用自组装掩模刻蚀技术,在单晶硅基底上制备了具有低深宽比和满占空比特点的Al_(2)O_(3)-Si复合微纳结构表面。光谱反射率测试结果表明,在底端满占空比、微结构深宽比接近1:1的情况下,入射角在8°时复合微纳结构表面在3~5μm谱段的平均反射率小于3.5%。纳米压痕测试结果表明,Al_(2)O_(3)-Si复合微纳结构表面的弹性恢复率较单一硅基底结构增加10.14%,证明沉积氧化铝薄膜具有提升抗反射微纳结构力学性能的作用。