油菜脱出物漂浮速度及摩擦与浸润特性的测定与分析

为了研究油菜脱出物的漂浮、摩擦、浸润特性及其对油菜清选性能的影响,采用DFPF-25型漂浮速度试验装置、UMT-2型微观摩擦磨损试验机和CAM101型接触角测量仪对油菜脱出物主要成分的漂浮速度、多频往复摩擦特性和浸润性进行了测定和分析。试验结果表明:油菜脱出物中的角果皮、短茎秆和油菜籽的漂浮速度差异较小,导致油菜风选作用不明显;多频往复条件下的油菜茎秆、角果与筛面的摩擦因数呈周期性变化,茎秆与筛面基体间的瞬时摩擦因数大于1.0,角果皮的最大摩擦因数为0.2,导致茎秆比角果皮更容易与筛面粘连;茎秆外表面亲油疏水,角果皮外表面亲油亲水,表明油菜脱出物中的油性成分对混合物中的细小成分更具有粘合作用。因此研发具有低摩擦、疏水疏油特性的新型筛面是解决油菜清选粘筛堵孔难题的关键。

收获期油菜茎秆表面浸润特性研究

为获得油菜茎秆表面的浸润特性,采用CAM101型接触角测量仪对收获期油菜(甘蓝型)茎秆表面与二次蒸馏水和过滤菜油之间的接触角进行了测定,并以油菜品种、收获日期、测试部位和茎秆表面粉体为因素对测定结果进行了对比分析。结果表明:油菜茎秆表面与过滤菜油、二次蒸馏水之间的接触角随测定部位离茎秆根部距离的增大而近似线性增大;茎秆表面的粉体使油菜茎秆表面呈现超疏水特性;油菜品种和收获日期对茎秆表面接触角有一定影响但无明确规律。

激光改形油菜清选筛面基体浸润特性研究

采用YAG-M50型激光打标机试制了9种仿生微改形油菜筛面基体,借助NT1100型表观形貌仪对试件加工区域的表观形貌进行了观测。利用CAM101型接触角测量仪分别测量了二次蒸馏水和过滤后菜籽油2种液相与9种仿生微改形油菜筛面基体的接触角,以仿生微造型的形态尺寸和形态间距为考察因素,分析了仿生微改形油菜筛面基体的浸润特性。结果表明,仿生微形态尺寸较小时,形态间距对界面浸润特性的影响较大;形态间距相同时,仿生微形态尺寸对界面浸润特性的影响与液相种类相关。

基于表面微观结构对采棉机摘锭浸润特性的研究

新疆是我国最大的棉花生产基地,2018年其棉花总产量为511.1万吨,占全国棉花总产量的83.8%,连续24年来新疆棉花的产量、商品调拨量位居全国第一[1-2]。随着采棉机的发展,机械化采摘已成为棉花采摘的有效方法和重要途径,新疆兵团部分团场已实现100%机械化采收,整体达到85%以上。摘锭是水平式采棉机的关键零件,在工作时其表面易粘附硬质颗粒,与硬质棉秆接触导致磨损严重,降低使用寿命,影响采棉效率和采净率[3]。针对以上问题,本文提出一种新的提升采棉品质、降低磨损的摘锭结构:在摘锭表面加工出沟槽,改善摘锭的浸润特性,使水能够在其表面形成一层薄膜。阻止棉花和摘锭之间直接接触,降低摘锭磨损,提高使用寿命。

风化红层泥岩颗粒表面浸润模型与试验研究

自主搭建以高速摄像机为主的可视化试验平台,观察液滴撞击红层泥岩粗颗粒表面后的扩散过程。基于能量守恒原理,建立红层泥岩粗颗粒表面最大扩散因子βmax的预测模型,并通过液滴浸润试验验证模型的正确性。通过预测模型对浸润过程的能量分布进行分析。研究结果表明:液滴润湿行为可分为振荡模式和缓冲模式2种,且具有铺展速度快、毛细效应强的特征;红层泥岩粗颗粒表面的浸润特性取决于动能、基质势和黏性耗散的相对关系;随着初始速度增加,动能增加,而毛细效应相对减弱,更多的液滴趋于表面扩散;随着液滴直径增加,液滴初始动能、表面自由能及基质势等动力能量变化甚微;随着接触角增加,尤其是接触角大于60°时,毛细效应会显著减弱从而阻止水分渗透。本模型有助于提高对红层泥岩粗颗粒表面润湿现象的认识,可为寻找合理方案限制水分渗透提供依据。

飞秒激光加工不对称浸润特性金属网格的研究

近年来,由于越来越多的工业含油污水产生和频繁泄油事故的发生,因此开发用于油水分离新技术十分重要。传统的油水分离材料由于存在制备工艺复杂,商业可用性低以及无法适应恶劣环境,大多数方案都无法进行大规模生产,且无法对重密度和轻密度油同时生效。受到鱼鳞的启发,制备了一种具不对称浸润特性的金属网格。通过用飞秒激光处理不锈钢网的一面,并在另一面上喷涂打印机粉末,使得网格的两面对水和油表现出不同的亲疏性。激光处理的表面超亲水并且水下疏油,此侧对水的接触角降为接近0°,对油的接触角增加至131°;而喷涂粉末的表面亲油并且疏水,此侧水的接触角增加至138°,而油的接触角将为0°。因此当油水混合物接触到金属网格某一面时,表现出亲性的液体就会在重力作用下透过网格,而表现出疏性的一面则会被阻隔,从而实现了油水的分离效果,且该网格对重油和轻油的分离均有效果,二者的分离效率均超过95%。

液相下激光烧蚀快速制备图案化铜微纳结构

为了实现大面积图案化铜微纳结构的制备,基于液相下激光烧蚀技术,以硅片为衬底,将其浸没在含有Cu2O微米粒子的乙醇溶液中,采用纳秒脉冲激光进行加工。研究了激光功率、扫描速度和扫描次数对铜微纳结构的影响,分析了图案化铜微纳结构的形成机制,并研究了图案化铜微纳结构的浸润特性。扫描电子显微镜结果表明,随着激光功率、扫描速度和扫描次数的增加,图案化铜微纳结构中的铜颗粒熔融现象加剧,光斑中心区域的纳米颗粒粒径逐渐增大,光斑交界处形成呈现周期性分布的微米量级单元结构。能量色散X射线光谱证明少量Cu元素分布在光斑中心区域,大量Cu元素集中在光斑交界处。随着扫描次数的增加,样品表面粗糙度和纯净水/食用油接触角均呈现先上升后下降的趋势。当扫描次数为6时,表面平均粗糙度为(1.3±0.11)μm,纯净水接触角可达(155.2±1.5)°,食用油接触角达(100.0±1.3)°。该大面积图案化铜微纳结构制备方法简单快速,无粉尘污染,在微流体芯片、集水系统和废水处理等领域具有广泛的应用前景。

超亲水和具有不同黏性的超疏水阳极氧化铝膜的制备

超亲水和超疏水表面在许多领域具有重要的应用价值。本工作对二步高场阳极氧化所制备的阳极氧化铝(AAO)膜进行了湿化学刻蚀及高温退火处理,研究了其表面浸润特性随后处理条件变化的特征。结果表明,AAO膜表面的水接触角(WCA)随着刻蚀时间的延长呈现先增大后减小最终趋于极小定值的变化规律;当刻蚀时间大于90 min时,AAO膜表面呈现出超亲水的特征(WCA<10°);刻蚀不同时间的AAO膜经过高温退火后其WCA均大于未经过高温退火的AAO膜,且WCA随着刻蚀时间的延长而增大,特别是刻蚀时间为120~180 min时,AAO膜为超疏水高黏性的,而刻蚀时间为200 min的AAO膜则为超疏水(WCA>150°)极低黏性的,其表面与水滴的平均接触时间只有4.6 ms;所制备的超疏水AAO膜具有很好的时间稳定性。本工作还对经后处理的AAO膜的浸润特性随后处理条件变化的机理进行了定性分析。这些研究结果为设计具有不同浸润特性的功能化固体表面提供了新的思路,具有很好的实际应用价值。

飞秒脉冲激光诱导TC4微结构表面抑冰特性实验

飞机发动机进气道前缘唇口积冰将会严重威胁航空安全,仿生研究表明具有微纳结构的疏水表面可以起到良好的抑冰效果。针对飞机唇口材料TC4,采用飞秒脉冲激光诱导制备TC4微结构表面,利用三维形貌仪和扫描电镜对TC4合金表面三维形貌和微纳结构进行观测,应用接触角测量仪分析表面浸润改性,依托结冰特性实验系统测试微结构表面抑冰抑霜性能,并分析飞秒脉冲激光加工工艺参数对表面微观结构和抑霜特性的影响机制。研究结果表明:随着激光扫描速度的增大,TC4合金表面形成的拱形沟壑深度增加,沟壑上方出现干涉条纹以及圆形凸起且微纳凸起的尺寸随扫描速度的增大而增大,接触角先减小后增大再减小;加工后表面液滴冻结时间比未加工表面延迟30s;扫描速度2000mm/s时的液滴冻结时间最长,霜层质量最小,高度最低。飞秒激光加工TC4合金表面形成的微纳结构以及表面吸附的有机物能够改变表面接触角;粗糙度和表面形貌能够影响表面结冰时间和结霜量。

飞秒激光诱导周期性表面结构及其应用

近年来,飞秒激光微纳加工技术引起了科学界的广泛关注.飞秒激光脉冲凭借其超短脉宽及超强的瞬时功率,较传统的激光加工有着明显的优势:几乎可以加工任何材料,非接触加工,非热加工,加工精度高,能够加工亚微米级结构和三维复杂结构,加工过程耗能低.飞秒激光加工材料的过程中会产生周期性的表面结构,这些表面结构会对材料的表面性能产生明显的影响,并且在国防、医疗、高端制造等多个领域具有巨大的应用潜力.因此,国内外研究人员对飞秒激光诱导周期性表面结构进行了系统深入的理论研究和实验研究.本文简要阐述了飞秒激光的基本特点及飞秒激光微纳加工的独特优势,对近年来关于飞秒激光诱导周期性表面结构(laser induced periodic surface structure,LIPSS)的理论与实验研究进行了综述,并阐述了这种周期性表面结构对材料表面浸润特性、光学特性以及表面拉曼增强的影响和研究进展,最后对LIPSS未来的研究方向进行了预测和展望.