【摘 要】
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固液界面的电荷转移与许多物理和生物现象有关,如电润湿、胶体悬浮、光伏效应、光合作用等,随着超疏水材料在各个领域的广泛应用,液滴撞击超疏水表面的带电现象得到了越来越多人的关注。本文采用了一种物理和化学方法相结合的等离子体表面处理技术,这种方法不仅操作简便且绿色环保,对聚四氟乙烯表面进行等离子体刻蚀和聚合工艺,最终得到了具有不同微纳结构的超疏水表面。经氧等离子体刻蚀3 min、10 min、20 mi
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固液界面的电荷转移与许多物理和生物现象有关,如电润湿、胶体悬浮、光伏效应、光合作用等,随着超疏水材料在各个领域的广泛应用,液滴撞击超疏水表面的带电现象得到了越来越多人的关注。本文采用了一种物理和化学方法相结合的等离子体表面处理技术,这种方法不仅操作简便且绿色环保,对聚四氟乙烯表面进行等离子体刻蚀和聚合工艺,最终得到了具有不同微纳结构的超疏水表面。经氧等离子体刻蚀3 min、10 min、20 min,八氟环丁烷聚合1 min的聚四氟乙烯表面,呈现出纳米锥状结构,随刻蚀时间增加,纳米锥状结构的间距增大,高度增加,微纳结构密度减小。接触角分别为154.1°,155.8°,156.8°,滚动角分别为7.15°,4.31°,3.44°,具备了超疏水性质。用2.05 mm的液滴以不同速度撞击,当撞击速度为0.63 m/s时,刻蚀3 min、10 min、20 min的表面接触时间分别为8.13 ms、8.44 ms、8.75 ms,最大接触直径分别为2.76 mm、2.74 mm、2.71 mm,回弹系数分别为0.59、0.58、0.57,刻蚀时间长的表面具有间距宽且深的微纳结构,导致实际面积增大,黏性耗散力变大;随着撞击速度的增加,接触面积增加,黏性耗散力增加,导致最大接触直径和接触时间增加,回复系数减小;液滴撞击速度固定,增加液滴尺寸,同理,最大接触直径和接触时间都增加,回复系数减小。液滴撞击超疏水表面会发生接触带电现象,撞击后的电荷量和表面电位成正比,电荷量和固液接触面积成正比。液滴以0.63 m/s的速度撞击不同的超疏水表面时,刻蚀3min、10 min、20 min的表面电荷量分别为36.1 p C、34.0 p C、30.4 p C,表面电位分别为130 V、120 V、110 V,液滴接触到的纳米结构个数越多,接触面积越大,所带的电荷量和表面电位越大。增加液滴撞击速度,接触面积增大,表面电荷量和表面电位增加;增加液滴尺寸,同理,接触面积增加,电荷量和表面电位都增加;增加液滴撞击次数,电荷量和表面电位具有累积效应,随次数增加,逐渐趋于饱和。表面电荷的存在会改变固体表面润湿性,表现在表面接触角减小、滚动角增大,2.05 mm液滴以0.63 m/s速度撞击表面时,刻蚀3 min、10 min、20 min的表面接触角分别减小为150.3°、152.9°、154.1°,滚动角分别为增加到8.29°、6.1°、4.2°。表面电荷会使表面粘附力的增加,液滴撞击过程的接触时间增加,回复系数减小。2.05 mm液滴以0.63 m/s的速度电荷化超疏水表面后,刻蚀3 min、10 min、20 min的表面接触时间分别增加到9.69 ms、9.38 ms、9.06 ms,回复系数分别减小到0.49、0.53、0.55。
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