《超疏油表面的流質非均勻沉積構築及其超疏油機理研究》是依託江蘇大學，由李健擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：超疏油表面的流質非均勻沉積構築及其超疏油機理研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：李健
- 依託單位：江蘇大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
受到化學氣相沉積方法的啟發，本項目首先提出流質非均勻沉積複雜微結構構築方法，該方法原理是運用流體流過微結構表面時流體內部溶質的濃度在表面及微結構內部間的非均勻分布來實現溶質的非均勻選擇物理或化學沉積，從而實現複雜微結構表面的構築；本項目擬結合該方法與雷射微納結構製備技術製備出超疏油表面，並基於該方法和靜電紡絲方法製備的表面開展表面超疏油機理研究。主要研究內容包括，複雜微結構表面超疏油表面的製備原理及系統搭建；表面製備條件參數對表面微結構性能及超疏油性能的影響規律研究；基於螢光界面標定技術的低表面能液體在超疏油表面上的潤濕模式及機理研究；超疏油表面性能穩定性理論分析；超疏油微觀機理理論分析、數值模擬與超疏油表面的最佳化研究。最終形成穩定的超疏油表面可控制備方法及超疏油機理及穩定性控制的系列理論，為進一步的超疏油表面製備和研究提供實驗基礎和理論保證，為國民經濟的發展和減阻節能工程作出貢獻。
結題摘要
超疏油表面在低表面能液體的收集、表面自潔以及微小空間內的油液流動減阻等方面具有潛在的套用價值，近年來逐漸得到人們的重視。此外，由於油液在一般材料表面上的界面特性與水在一般工程材料表面（金屬材料等）上的界面特性相似，因此，超疏油表面構築及其超疏油機理的研究結果對實現環境親和非含氟材料塗層超疏水表面具有重要的借鑑意義，將有助於解決含氟高分子塗層超疏水表面可能帶來的環境污染和毒害問題。同時，由於油液的低表面張力性質，具有超疏油性能的表面能夠使其超疏水性能更為穩定，因此，超疏油表面的研究為穩定超疏水表面的構築奠定理論基礎，為實現超疏水表面的工程套用提供保障。 超疏油表面實現的關鍵在於二次凹槽結構的構建，為構建二次凹槽結構，本項目執行期間提出了一系列製備方法，主要包括：二步成形方法，非均勻熱壓變形法，液態聚合物的毛細效應的毛細成形法，基於聚合物熱變形的氣體輔助成形法和液體輔助成形法。這些方法都是基於模板的方法，所以在製備效率和成本上具有較大的優勢，而且工藝的可控性良好，有利於超疏油表面的推廣套用。由於這些方法中需要製備出模板，為了實現模板的製備，本項目還開展了孔結構表面的雷射加工研究工作和基於通孔結構的複製模塑技術。此外，根據項目的計畫，我們對流質非均勻沉積方法進行了探索，對流質非均勻沉積的基本理論進行了分析，並在此基礎上衍生出織構表面摩擦學性能分析的成果，建立了流質非均勻沉積系統，但由於在材料選配方案上還存在一定的問題，所以流質非均勻沉積技術還有待完善。 在超疏油機理分析方面，我們首先對靜電紡絲結構超疏油機理進行分析，發現雖然液體能填充到兩纖維的交界區域，但液面不會在纖維上發生無限的鋪展，即纖維不會被完全浸沒，液體與結構表面形成的界面可以保持Cassie接觸狀態。針對油液分析的長分子鏈的特徵，我們對油液分子的演化進行了蒙特卡羅模擬分析，發現長鏈分子在小空間內具有晶化效應，有利於Cassie接觸界面的穩定。我們還基於Laplace方程對液滴形態進行模擬，基於模擬結果對接觸角測量方法和重力情況下的液滴球形假設進行了分析，並提出了一系列的界面張力測量方法。最後，我們基於自由能分析的方法分析了錐形孔結構表面對液滴的擠壓作用和微柱陣列表面上微小液滴的狀態，針對超疏表面的穩定性提出了狀態轉換測試力-位移方法，對超疏油表面上液滴前進後退機理進行了探索。
