铝箔超疏水表面的制备及其冷凝特性研究

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近二十年来,超疏水表面在传热换热、耐蚀性及抗凝露等方面的优异表现引起材料界的极大关注。工业铝箔在制冷、散热等领域有重要应用,在其表面构建超疏水性可进一步提高其使用性能,延长使用寿命。铝箔厚度在0.01mm~1mm,而现有的超疏水表面制备方法存在着工艺条件苛刻、操作过程复杂以及对基体损伤大等不足。所以,进一步研发操作简便、基体损伤小的制备技术,是铝箔超疏水表面实用过程中的重要研究方向。本论文采用湿化学刻蚀法和电化学法,成功地在工业铝箔基体上获得了超疏水表面,并进一步考察了该表面的冷凝特性。   采用盐酸和氢氟酸混酸刻蚀法可在铝箔基体上制备出接触角高达160°的超疏水表面,但该法对铝箔基体的损伤较大。为进一步降低基体损伤,利用磷酸和氯化钠混合水溶液刻蚀法处理铝箔,可获得粘附性很弱的超疏水表面,但该法仍无法有效降低刻蚀液对基体的伤害。铝箔经磷酸和氟化钠混合水溶液处理后,表面沉积生长了微纳复合结构,改性后水滴在其表面的接触角达到158°,该法对基体损伤小,但铝箔表观颜色改变较大。电化学氧化法在铝箔表面构造出紧密堆积的纳米球状颗粒,经硬脂酸修饰后铝箔表面具有超疏特性。上述四种制备方法获得的超疏水表面均具有优异的超疏特性、耐久性和耐蚀性。通过对比四种不同超疏水铝箔的厚度、表观颜色和膜基结合力,得出电化学氧化法是本文中的最优制备方法。   对电化学氧化法制备的超疏水铝箔进行冷凝现象观察,结果表明,在-10℃~0℃范围内,超疏水铝箔表面冷凝液滴的尺寸、覆盖率随着表面温度的降低而增大,但冷表面温度对液滴长大速率影响不大。相比与亲水表面和普通疏水表面,超疏水表面冷凝液滴出现的时间较晚,液滴尺寸和表面覆盖率较小,且冷凝液滴较晚开始冻结,完全冻结所需时间是其他两种表面的2倍。最后本文从相变驱动力、成核的临界半径及形核动力学等方面出发,通过相变及形核理论,证明了超疏水表面能够有效延缓冷凝液滴的形核长大、延长液滴冻结所需的时间。
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