微注压成型仿生纳米结构表面的设计及冷凝微水滴自移除研究

来源 :华南理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:YISHUIXIAOFENG2501
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快速移除表面冷凝水滴在提高冷凝传热效率和防冰等方面具有重要意义。具有冷凝微水滴自移除(CMDSR)功能的微纳结构表面的制备方法已被广泛研究,其快速、低成本和批量化制备是关键。本学位论文表征四种生物表面的微纳结构与润湿行为,将具有良好CMDSR功能生物表面的纳米结构通过微注射压缩成型(μ-ICM)技术复制到聚丙烯(PP)表面得到具有CMDSR功能的复制物,以多孔阳极氧化铝(AAO)为模板通过μ-ICM实现CMDSR表面的快速批量制备。研究玫瑰花瓣、荷叶、红花羊蹄甲叶和蝉翼四种生物表面的微纳结构及润湿行为。四种生物表面在冷凝条件下疏水性会降低,其中红玫瑰花瓣冷凝后表面水滴接触角的明显降低是冷凝条件下更多冷凝水滴进入红玫瑰花瓣表面沟槽造成的。在所选蝉翼表面可以频繁地观察到CMDSR现象。更加详细地研究了该蝉翼表面的CMDSR现象及相关性能。竖直放置的蝉翼上冷凝水滴跳离表面的最远距离大部分在1 mm以内;合并可以触发推进的冷凝水滴的半径分布范围从3.5μm到至少220μm;水滴从蝉翼表面跳离的初速度至少可以达到0.287 m/s。以具有良好CMDSR性能的柱状纳米结构的蝉翼表面为母板,结合化学镀及电镀方法将蝉翼表面的纳米柱结构精确地复制到镍模板表面,获得具有与母板表面结构反向的镍模板。将具有反向纳米柱结构的镍模板作为模具嵌件,通过μ-ICM成型具有仿生蝉翼纳米结构的PP复制物表面。结果表明,PP复制物不仅继承了蝉翼表面的纳米结构,而且在未经低表面能修饰的情况下继承了蝉翼表面的CMDSR功能。相较于平整的PP对比物,具有CMDSR功能的PP复制物可以使冷凝条件下表面水滴覆盖率维持在较低水平。以两种V形孔AAO模板作为模具嵌件,通过μ-ICM技术,制备出仿生蝉翼纳米结构的PP表面。冷凝测试结果表明,两种仿生蝉翼纳米结构PP表面中润湿状态能量比(E~*)约为0.46且纳米柱顶部直径与中心间距之比约为0.26的表面表现出理想的CMDSR功能。
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