仿生周期微结构表面设计制备及其润湿性能研究

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1、江苏大学硕士学位论文摘要受自然界荷叶效应的启发，通过在材料表面构建或改变微结构同时进行表面改性来控制材料表面的润湿性能，能够很好地改善材料的综合使用性能。微结构表面润湿模式转换是表面润湿性能研究中的一项重要内容，是超疏水表面设计制备及应用研究的基础。针对几种仿生微结构表面润湿模式转换，通过理论推导和实验验证相结合进行了一系列的理论分析与实验探讨。设计了平行光栅形、圆形凹坑形和方柱阵列三种微结构表面，在经典润湿理论的基础上推导了各微结构表面表观接触角的理论预测公式。探讨了微结构表面润湿模式转换机制。在此基础上通过建立理论模型推导了平行光栅形和圆形凹坑形微结构表面润湿模式转换的

2、几何角度理论判据。在已有研究的基础上，通过综合考虑液滴润湿模式转换过程中各能量参量之间可能存在的关系提出了方柱阵列微结构表面润湿模式转换的能量角度理论判据。利用飞秒激光微加工系统以K9玻璃为基底材料制备了具有平行光栅形微结构和圆形凹坑形微结构的系列样品，对其进行了润湿模式测试和表征，在实验结果分析和理论计算相结合的基础上对润湿模式转换的相应几何角度理论判据进行了初步的实验验证。结果表明，大部分实验结果与理论预测相符，说明理论判据基本合理，但需要进一步完善和探讨。采用等离子体刻蚀技术制备了凹槽深度不同的5个系列共15组的硅基方柱阵列样品，对各样品表面的表观接触角进行了实验测试

3、，针对实验结果分析了微结构几何参数对硅基方柱阵列样品表面润湿模式转换的影响，并通过对其中发生了润湿模式转换的三组样品进行能量计算，初步验证了方柱阵列微结构表面润湿模式转换的能量角度理论判据。简要探讨了飞秒激光与金属相互作用机理和飞秒激光作用下金属表面微结构成形机制。利用飞秒激光微加工系统在金属钛基底上制各了方柱间距不同的4个方柱阵列微结构样品，通过对其表面的超疏水性以及润湿模式稳定性进行实验测试和分析，证实了制备的钛基方柱阵列微结构样品表面在一定的范围内具有超疏水稳定性。关键词：仿生，微结构表面，润湿性能，表观接触角，超疏水，润湿模式转换江苏大学硕士学位论文ABSTRACT

4、Learnedfromthelotuseffectofnature,controllingthewettability011materialsulfacesbyconstructingOrtransformingitsmicrostructurescanwellmelioratetheintegratedcapabiliti鹤ofmaterials．Transitionofwettingmodeonmicrostmcturedsurfacesis姐importantaspectofstudyonsurfacewettabilityandthefoundationofstud

5、yondesign，fabricationandapplicationofsuperhydrophobicsurfaces．Sometheoreticanalysesandexperimentaldiscussionswerecarriedoutfortransitionofwettingmodeonseveralbionicmicrostmcturedsurfacesbyacombinationoftheoreticillationsandexperimentalvalidations．．Threekindsofsurfaceswithparallelgrating,ci

6、rcularholesandsquarepillarsarraymicrostrucruresweredesignedandequationsfortheoreticforecastoftheapparentcontactangleonthemwel'ededucedbasedontimclassicalwettingtlw,ories．Themechanismfortransitionofwettingmodeonmicrostrecturedsurfaceswasdebated．Fromtiffstwogeometry-basedtheoreticcriterionsf

7、ortransitionofwettingmodeonparallelgratingandcircularholesmicrostrucruredsurfaceswercfoundoutthroughtheoreticmodeling．Basedonpreviousresearchresults，anenergy-basedtheoreticcriterionfortransitionofwettingmodeonsquarepillarsarraymicrostrucruredsurfaceswasposedby