金属仿生超疏水表面的制备及低温特性研究

《金属仿生超疏水表面的制备及低温特性研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、隶南『大·坚硕士学位论文金属仿生超疏水表面的制备及低温特性研究ResearchonPreparationandLow—temperaturePropertiesofBionicMetalsurfaceAThesisSubmittedtoSoutheastUniVersityFortheAcademicDe铲eeofMasterofEngineeringBYWUChun．xiaoSuperVisedbyYUXin—quanSchoolofMaterialsScienceandEngineeringSoutheastUniVersityM

2、arch2014东南大学学位论文独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得东南大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。研究生签名：日期．丝f乒：查：Z东南大学学位论文使用授权声明东南大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆有权保留本人所送交学位论文的复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存

3、论文。本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。除在保密期内的保密论文外，允许论文被查阅和借阅，可以公布(包括以电子信息形式刊登)论文的全部内容或中、英文摘要等部分内容。论文的公布(包括以电子信息形式刊登)授权东南大学研究生院办理。研究生签名：导师签名：摘要低温高湿条件下，凝露、结霜和结冰现象常见于金属材料表面，给诸多领域产生负面影响。如空调中的换热器，在制冷和制热过程中，铝箔表面产生凝露(室内)和结霜(室外)，极大地降低了换热效率，影响机组运行，造成能源浪费；在冻雨天气，结冰现象常见于室外天线和输电线路表面，冰层长期累积，可引发信号

4、接收不良、输电线路倒塌等事故。因此，研发具有抗凝露、抗结霜和结冰的材料表面处理方法，对工业领域具有十分重要的意义。已有研究表明，具有特殊微结构的超疏水表面可有效减缓凝露、结霜和结冰现象，本文分别制备了铜和铝的仿生超疏水表面，研究了冷表面温度、表面接触角、表面结构对凝露、结霜和结冰的影响，研究结果如下：(1)采用阳极氧化法制备铜仿生超疏水表面，其接触角超过165。、滚动角仅1。；通过机械加工及机械加工．水热氧化法分别在纯铝表面制备微米结构及微．纳复合结构，修饰后，两种结构表面接触角均在150。以上，且微．纳复合结构表面憎水效果更佳：在纯

5、铝表面制备不同粗糙结构的超疏水表面：分别采用水热氧化法和碱液刻蚀．水热氧化法制备纳米结构和微．纳复合结构，接触角达到155．6。和158．7。，滚动角均在10。以内，采用碱液刻蚀法在纯铝表面制备微米结构，接触角145。；采用碱液刻蚀法在铝合金表面制各不同润湿性的超疏水表面，表面接触角在150．10～167．1。范围内。(2)自然对流条件下进行改性铜表面的凝露、结霜和结冰试验，发现铜仿生超疏水表面能有效地延缓表面凝露和结霜。凝露过程中，超疏水表面部分露滴发生滚动、脱附现象，露滴的直径和覆盖率较小。铜超疏水表面霜层厚度明显低于纯铜表面，霜

6、层分布更为疏松。当冷表面温度为．10℃时，阳极氧化铜表面可延缓静态水滴结冰长达210s。(3)在加湿器补充湿度条件下，研究铝表面结构对凝露的影响。铝超疏水表面出现露滴时间明显迟于纯铝表面，其中纳米结构表面的平均露滴直径最小，露滴覆盖率仅14％(10min后统计)。在敞开系统中，研究冷表面温度、表面润湿性和表面结构对结霜特性的影响。冷表面温度越高，表面接触角越大，表面抑霜效果越佳，霜层厚度越小；具有纳米结构的超疏水表面，抗霜效果最优。铝表面的抗结冰测试包括静态水滴结冰、连续冷水冲击结冰和冰粘附力测试。静态水滴结冰测试结果显示，纯铝表面的

7、微．纳复合结构抗结冰效果最好，在．10℃冷表面温度下可延缓结冰长达1734s，延缓时间随着冷表面温度的降低而减少；冷水冲击试验结果显示，铝仿生超疏水表面无冰层残留，多次重复试验，微．纳复合结构表面疏冰性保持稳定；具有纳米结构的纯铝超疏水表面，冰层粘附力最低为8．12kPa，仅为纯铝表面的l／3。(4)铜和铝超疏水表面的融霜过程相似，霜层随着冷台温度的升高迅速收缩，存在大面积霜层脱离表面的现象；除霜后超疏水表面仍保持干燥，其憎水性无明显变化，即超疏水表面结构在低温下强健度较高。关键词：金属仿生表面：超疏水；抗凝露：抗结霜；抗结冰Abst

8、ractCondensatIon，厅oSt锄dlcefo肿ationonthesu“．acesofmetalmate“alsarccommonphenomenaunderlowtempemturcandhighh岫idi