仿生周期微結(jié)構(gòu)表面設(shè)計制備及其潤濕性能研究.pdf

1、受自然界荷葉效應(yīng)的啟發(fā)，通過在材料表面構(gòu)建或改變微結(jié)構(gòu)同時進(jìn)行表面改性來控制材料表面的潤濕性能，能夠很好地改善材料的綜合使用性能。微結(jié)構(gòu)表面潤濕模式轉(zhuǎn)換是表面潤濕性能研究中的一項重要內(nèi)容，是超疏水表面設(shè)計制備及應(yīng)用研究的基礎(chǔ)。針對幾種仿生微結(jié)構(gòu)表面潤濕模式轉(zhuǎn)換，通過理論推導(dǎo)和實驗驗證相結(jié)合進(jìn)行了一系列的理論分析與實驗探討。 設(shè)計了平行光柵形、圓形凹坑形和方柱陣列三種微結(jié)構(gòu)表面，在經(jīng)典潤濕理論的基礎(chǔ)上推導(dǎo)了各微結(jié)構(gòu)表面表觀接觸角的

2、理論預(yù)測公式。 探討了微結(jié)構(gòu)表面潤濕模式轉(zhuǎn)換機制。在此基礎(chǔ)上通過建立理論模型推導(dǎo)了平行光柵形和圓形凹坑形微結(jié)構(gòu)表面潤濕模式轉(zhuǎn)換的幾何角度理論判據(jù)。在已有研究的基礎(chǔ)上，通過綜合考慮液滴潤濕模式轉(zhuǎn)換過程中各能量參量之間可能存在的關(guān)系提出了方柱陣列微結(jié)構(gòu)表面潤濕模式轉(zhuǎn)換的能量角度理論判據(jù)。 利用飛秒激光微加工系統(tǒng)以K9玻璃為基底材料制備了具有平行光柵形微結(jié)構(gòu)和圓形凹坑形微結(jié)構(gòu)的系列樣品，對其進(jìn)行了潤濕模式測試和表征，在實驗結(jié)果

3、分析和理論計算相結(jié)合的基礎(chǔ)上對潤濕模式轉(zhuǎn)換的相應(yīng)幾何角度理論判據(jù)進(jìn)行了初步的實驗驗證。結(jié)果表明，大部分實驗結(jié)果與理論預(yù)測相符，說明理論判據(jù)基本合理，但需要進(jìn)一步完善和探討。 采用等離子體刻蝕技術(shù)制備了凹槽深度不同的5個系列共15組的硅基方柱陣列樣品，對各樣品表面的表觀接觸角進(jìn)行了實驗測試，針對實驗結(jié)果分析了微結(jié)構(gòu)幾何參數(shù)對硅基方柱陣列樣品表面潤濕模式轉(zhuǎn)換的影響，并通過對其中發(fā)生了潤濕模式轉(zhuǎn)換的三組樣品進(jìn)行能量計算，初步驗證了方柱