疏水表面微結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與微銑削加工技術(shù)研究.pdf

1、疏水表面因具有自清潔、減阻和抗磨性能，給人們生產(chǎn)生活帶來(lái)極大便利，為人類發(fā)展創(chuàng)造極大動(dòng)力。微米結(jié)構(gòu)，納米結(jié)構(gòu)組成的多階結(jié)構(gòu)和低表面能材料共同作用使得材料表面有疏水性。隨著微加工機(jī)理的研究，車削，銑削加工精度的提高，銑削刀具尺寸的逐漸縮小，用微切削方法加工出微米尺寸微結(jié)構(gòu)研究其疏水性成為可能。表面接觸角是表征疏水性能的重要技術(shù)指標(biāo)。
　　為了研究微米尺寸微結(jié)構(gòu)對(duì)水滴在其表面接觸角的影響，以Young氏方程，Wenzel方程及Cass

2、ie-Baxter方程為基礎(chǔ)，建立了二維情況下基于最小吉布斯自由能的接觸角預(yù)測(cè)模型，用微銑削的方法加工出微結(jié)構(gòu)，并通過(guò)理論分析與切削試驗(yàn)和接觸角測(cè)試相結(jié)合的方法探究微結(jié)構(gòu)尺寸參數(shù)對(duì)接觸角的影響規(guī)律。
　　首先，在光滑表面Young氏方程和粗糙表面Cassie-Baxter方程的基礎(chǔ)上，建立了二維情況下基于最小吉布斯自由能的接觸角預(yù)測(cè)模型，并且考慮斜壁對(duì)氣-液接觸線的影響對(duì)預(yù)測(cè)模型進(jìn)行了修正。利用接觸角預(yù)測(cè)模型及其修正研究微結(jié)構(gòu)材料

3、和尺寸參數(shù)對(duì)接觸角的影響和疏水性微結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。研究結(jié)果表明，疏水性基底相對(duì)于親水性基底加工出的微結(jié)構(gòu)有更大的接觸角提升趨勢(shì)。增大微結(jié)構(gòu)間隙寬度，減小凸臺(tái)寬度，減小微結(jié)構(gòu)斜壁角度，有利于接觸角的提升。
　　其次，設(shè)計(jì)了直壁溝槽、方柱陣列、斜壁溝槽和斜壁陣列四種類型的微結(jié)構(gòu)，通過(guò)微銑削方法加工出設(shè)計(jì)的微結(jié)構(gòu)，并測(cè)量水滴在微結(jié)構(gòu)表面的接觸角。
　　最后，采用理論分析與試驗(yàn)結(jié)合的方法研究不同幾何尺寸參數(shù)的直壁溝槽、方柱陣列、斜壁溝槽和

4、斜壁陣列四種類型的微結(jié)構(gòu)對(duì)水滴在其表面接觸角的影響。
　　研究結(jié)果表明，溝槽與方柱陣列微結(jié)構(gòu)可以使水滴在其表面的接觸角增大，接觸角隨著微結(jié)構(gòu)間距增加而增大，隨著凸臺(tái)（方柱）寬度增大而減小。直壁溝槽微結(jié)構(gòu)上水滴在垂直于溝槽方向和平行于溝槽方向的接觸角有差異并且相互影響;水滴在直壁溝槽微結(jié)構(gòu)有著更穩(wěn)定的接觸角變化，而在方柱陣列微結(jié)構(gòu)表面有更大的接觸角，并且更接近球狀。相對(duì)于直壁結(jié)構(gòu)，斜壁結(jié)構(gòu)的存在雖然會(huì)增加水滴在微結(jié)構(gòu)表面的接觸角，但