液滴餅狀彈跳超疏水柱狀陣列結(jié)構(gòu)尺寸研究.pdf

1、碩士學(xué)位論文液滴液滴餅狀彈跳超疏水柱狀陣列餅狀彈跳超疏水柱狀陣列結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)尺寸尺寸研究研究ResearchonSuperhyhobicColumnarArrayStructuresCapableofletPancakeBouncing作者姓名：高明謙學(xué)科、專業(yè)：機(jī)械制造及其自動(dòng)化學(xué)號(hào)：21404009指導(dǎo)教師：徐文驥完成日期：2017.05.25大連理工大學(xué)DalianUniversityofTechnology大連理工大學(xué)碩士學(xué)位論文I

2、摘要超疏水表面具有較大接觸角和較小滾動(dòng)角，液滴撞擊其上會(huì)產(chǎn)生彈跳現(xiàn)象，與普通表面相比可有效減少液固接觸時(shí)間，在自清潔、抗結(jié)冰結(jié)霜、耐腐蝕、液滴定向運(yùn)輸領(lǐng)域頗受關(guān)注。近幾年研究發(fā)現(xiàn)，具有特殊結(jié)構(gòu)的超疏水表面可進(jìn)一步減少液固接觸時(shí)間，尤其當(dāng)液滴撞擊超疏水柱狀陣列上時(shí)會(huì)出現(xiàn)餅狀彈跳現(xiàn)象，彈跳時(shí)間明顯減少，在防凍雨抗結(jié)冰等方面意義重大。但現(xiàn)有可實(shí)現(xiàn)液滴餅狀彈跳的超疏水柱狀陣列直徑≤100μm且高徑比＞10，難以被大面積加工。為實(shí)現(xiàn)液滴餅狀彈跳表

3、面的大面積加工，本文詳細(xì)研究了柱狀陣列尺寸對(duì)液滴彈跳的影響規(guī)律，并優(yōu)化結(jié)構(gòu)尺寸，提出采用模板復(fù)制技術(shù)大面積加工超疏水柱狀陣列。最后在上述基礎(chǔ)上提出一種可逆調(diào)控液滴彈跳狀態(tài)和液固接觸時(shí)間的新方法。對(duì)不同尺寸的超疏水柱狀陣列上的液滴彈跳進(jìn)行研究，得到體積為17.9μL的液滴餅狀彈跳柱狀陣列大面積加工較優(yōu)尺寸為：柱直徑1.05mm、柱間距0.25mm、柱高度0.6~1.0mm。體積為17.9μL的液滴以0.767ms的速度撞擊表面可產(chǎn)生餅狀彈

4、跳，彈跳時(shí)間為8.625ms左右，為平整超疏水表面上彈跳時(shí)間的40%。為使更大的液滴也可在其上產(chǎn)生餅狀彈跳，選擇柱高度為1.0mm進(jìn)行大面積加工，并參照上述柱直徑、柱間距尺寸分別通過(guò)真空澆注法和熱壓法以PDMS和PP材料為基體加工了接觸角約為164的超疏水柱狀陣列，為后續(xù)實(shí)現(xiàn)液滴餅狀彈跳柱狀陣列的大規(guī)模加工提供理論和技術(shù)支持?；诔杷鶢铌嚵械囊旱螐椞鴮?shí)驗(yàn)結(jié)果表明，液滴彈跳由柱直徑、柱間距、柱高度、液滴體積以及撞擊速度共同決定，其中最

5、小柱間距對(duì)彈跳時(shí)間影響較大。采用澆注法以形狀記憶聚合物為基體加工了柱直徑0.40mm、柱高度1.0mm的柱狀陣列。利用形狀記憶聚合物的熱變形及熱恢復(fù)特性，通過(guò)改變柱狀陣列的傾角間接改變最小柱間距值從而實(shí)現(xiàn)了對(duì)液滴的彈跳狀態(tài)、彈跳方向及彈跳時(shí)間的控制。此外，對(duì)比分析了有行傾角的柱狀陣列與豎直狀態(tài)的柱狀陣列上的液滴彈跳關(guān)系，得到超疏水柱狀陣列行傾角與液滴彈跳時(shí)間的擬合曲線，與實(shí)際值基本吻合，證明了最小柱間距對(duì)液滴彈跳的影響。關(guān)鍵詞：液滴餅狀