鋁合金基體超疏水表面抗冰特性研究.pdf

1、自然界中的結(jié)冰現(xiàn)象作為一種美麗的自然景觀，既會給人們帶來視覺上的享受，也會給人們的生活生產(chǎn)造成不便，甚至災(zāi)難。超疏水材料憑借其獨(dú)特的表面潤濕性，在抗結(jié)冰方面有巨大的應(yīng)用前景，是近年來的研究熱點(diǎn)。本文采用簡單的化學(xué)刻蝕/低表面能物質(zhì)修飾的方法在鋁合金基體上制備了超疏水表面，并通過自行開發(fā)和設(shè)計(jì)的設(shè)備、軟件對超疏水表面及其對照樣品（親水表面和疏水表面）表面靜態(tài)水滴的凍結(jié)過程、冰粒形態(tài)、冰粒表面結(jié)霜過程以及冰層垂直結(jié)合強(qiáng)度等進(jìn)行了詳細(xì)研究，主

2、要研究內(nèi)容和結(jié)果如下：
　　（1）制備了鋁合金超疏水表面及對照樣品親水表面和疏水表面。超疏水表面接觸角高達(dá)164.6°，滾動角為4°，疏水表面和親水表面的接觸角分別為116.5°和57.1°，接觸角滯后分別為45°和20°。表面形貌分析證明，超疏水表面布滿了凹凸不平的粗糙結(jié)構(gòu)，而疏水表面和親水表面相對光滑。超疏水表面具有優(yōu)異的穩(wěn)定性，放置在室溫（25℃）環(huán)境下30天和在乙醇溶液中超聲45min，接觸角和滾動角變化都不大。
　

3、?。?）研究了不同冷面溫度條件下靜態(tài)水滴的凍結(jié)過程。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，水滴在冷表面的凍結(jié)可以分為兩個(gè)過程，即均相降溫過程和異相結(jié)冰過程，這兩個(gè)過程分別用均相降溫時(shí)間（簡記為tc）、異相結(jié)冰時(shí)間（簡記為tf）/異相結(jié)冰速率（Vj）進(jìn)行表征。對于均相降溫過程，與疏水表面和親水表面相比，在相對較高的冷面溫度（-9℃、-14℃、-19℃）下，超疏水表面具有優(yōu)異的抗靜態(tài)水結(jié)冰的能力（較大的tc值）；當(dāng)冷面溫度進(jìn)一步降低（-24℃、-29℃），超疏水表面抗

4、靜態(tài)水滴凍結(jié)能力優(yōu)勢喪失（此時(shí)，不同潤濕性樣品表面 tc值無顯著差別）。對于異相結(jié)冰過程，與疏水表面和親水表面相比，在所測試?yán)涿鏈囟确秶鷥?nèi)（-9℃~-29℃），超疏水表面異相結(jié)冰時(shí)間tf最長，平均異相結(jié)冰速率Vj最慢。
　?。?）研究了水滴結(jié)冰后形成的冰粒形貌和冰粒表面進(jìn)一步的結(jié)霜過程。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在相同的冷壁面溫度條件下，超疏水表面形成的冰粒頂部曲率最大，疏水表面形成冰粒頂部曲率半徑居中，親水表面最小。較大的頂部曲率有利于空氣中水

5、分的凝結(jié)，從而加快結(jié)霜。結(jié)果表明，在相同的冷壁面溫度（如-19℃）下，超疏水表面冰粒表面結(jié)霜速率最快，疏水表面冰粒居中，親水表面冰粒最慢。冷壁面溫度也將影響結(jié)霜速率，隨著冷壁面溫度下降（從-14℃降至-19℃、-24℃），超疏水表面冰粒表面結(jié)霜速率逐漸增大。
　?。?）利用自行設(shè)計(jì)的裝置，測量冰層垂直結(jié)合強(qiáng)度。在冷壁面溫度為-9℃、-14℃條件下，測得超疏水表面冰層結(jié)合強(qiáng)度最小，親水表面最大，疏水表面居中，說明超疏水表面具有優(yōu)異的