摘要
液滴与固体表面的相互作用是一种常见的现象，以自然界生物表面纳米结构为灵感，设计具有高效冷凝微液滴自移除(CMDSP)功能的超疏水表面具有重要的意义。本学位论文参照蝉翼表面纳米柱结构，以阳极氧化铝(AAO)作为模板，通过注射压缩技术(ICM)成型聚丙烯(PP)复制物并表征其表面的CMDSP行为和水滴撞击行为，从静态和动态两方面探究了复制物表面的防冻粘特性。 以AAO-500#作为模具模板，通过ICM技术成型具有高效快速CMDSP功能的PP-500#复制物。该复制物表面较好地复制了AAO模板的纳米孔结构，有较小的润湿状态能量比(E*≈0.43)和较低的固-液接触面积分数(?s≈0.025)。可以在复制物表面观察到明显的液滴跳跃和液滴扫掠行为，在表面上的冷凝微液滴直径大多数在20μm以下，液滴直径约为15μm时能够较容易发生自移除行为。通过分析液滴跳跃过程中的能量变化，推导出计算两个液滴合并产生弹跳速度的公式。冷凝测试开始不久(18 s)可以观察到几个液滴合并触发的扫掠行为，之后扫掠的距离会越来越长(>1mm)，并且会发生沿着不同方向的扫掠行为。 成型表面具有不同高度锥形纳米柱的PP复制物，研究纳米柱高度对CMDSP现象的影响。随着锥形纳米柱高度的增加，复制物表面冷凝微液滴发生自移除的频率增加，扫掠的距离增长，更新表面微液滴的能力增强。 探索不同条件下PP-500#复制物表面的水滴撞击稳定性。撞击水滴的接触时间长短与We数的改变关系不大。通过引入回复系数(ω)来表征撞击过程中能量损耗程度，高We下发生的水滴飞溅会造成更多能量损失。水滴撞击不同倾斜角度PP-500#复制物表面在扩展的同时会发生滑移的现象，并对滑移长度进行了定量表征。探究PP复制物表面上不同高度锥形纳米柱对水滴撞击行为的影响。 从静态和动态两方面分析纳米结构表面的防冻粘特性。PP-500#复制物显著地延长了7μL水滴在其表面的结冰时间，是光滑PP对比物表面的5.4倍。撞击水滴在低温(0℃和–10℃)PP-500#复制物表面依然可以保持良好的动态超疏水稳定性。
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