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基于激光直写的超疏液表面加工及其性能研究

基于激光直写的超疏液表面加工及其性能研究

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作者：朝家齐天津大学

学位级别：硕士

超疏液表面是指和液体的接触角大于150°的表面,因其优异的自清洁、流体减阻、耐腐蚀、抗结冰结霜等性能,在民用设施、国防军事、石油化工、环境能源等领域具有巨大的应用前景。激光直写加工具有可加工材料范围广、无毒、精度高、效率... 详细信息

超疏液表面是指和液体的接触角大于150°的表面,因其优异的自清洁、流体减阻、耐腐蚀、抗结冰结霜等性能,在民用设施、国防军事、石油化工、环境能源等领域具有巨大的应用前景。激光直写加工具有可加工材料范围广、无毒、精度高、效率高等优点,已被广泛应用于超疏液表面所需微纳结构的加工。论文结合激光直写加工技术和化学溶液浸泡,在碳纤维复合材料和铜基体上构建了超疏液表面,并对其自清洁、可控粘附性、液滴转移等性能进行了研究。论文的主要研究内容及结果如下:1.通过皮秒激光直写在碳纤维复合材料表面加工了微纳复合结构,经氟硅烷乙醇溶液浸泡降低表面能后可获得水接触角156°、滚动角6°的超疏水表面。拉伸实验结果表明激光直写对其拉伸强度无显著影响。此外,该超疏水表面具有优异的自清洁性能,且在多种极端环境(高低温处理、落砂冲击、酸碱盐腐蚀、有机溶剂浸泡等)下表现出了优异的机械/化学稳定性。2.通过纳秒激光直写在铜表面进行特定路径扫描,加工出荷叶表面乳突状微结构。经碱辅助氧化反应后,铜表面覆盖一层致密的氢氧化铜纳米针结构,再经氟硅烷乙醇溶液进行低表面能处理后获得水接触角162°、滚动角2°的仿荷叶超疏水表面。通过纳秒激光直写在铜表面加工间距为50μm的网格结构,经碱辅助氧化反应和全氟硫醇浸泡后,获得具有玫瑰花状微结构的超疏水表面,表面水接触角为156°。3.通过纳秒激光直写在铜表面加工间距为60μm的网格结构,经特定时间的碱辅助氧化反应(30秒)和全氟硫醇降低表面能处理(3分钟)后,获得具有低油粘附力的超双疏表面,对7μL水滴、花生油、十六烷的接触角分别为164±1°、159±2°和155±1°;通过改变在铜表面激光直写网格间距的大小,获得了具有不同油(花生油、十六烷)粘附力的疏油/超疏油表面,并运用具有不同油粘附力的样品表面完成了花生油和十六烷液滴的运输。

关键词：超疏水超双疏激光加工油粘附力油滴运输

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