鋁合金基體超疏水表面抗冰特性研究.pdf

1、自然界中的結冰現(xiàn)象作為一種美麗的自然景觀，既會給人們帶來視覺上的享受，也會給人們的生活生產造成不便，甚至災難。超疏水材料憑借其獨特的表面潤濕性，在抗結冰方面有巨大的應用前景，是近年來的研究熱點。本文采用簡單的化學刻蝕/低表面能物質修飾的方法在鋁合金基體上制備了超疏水表面，并通過自行開發(fā)和設計的設備、軟件對超疏水表面及其對照樣品（親水表面和疏水表面）表面靜態(tài)水滴的凍結過程、冰粒形態(tài)、冰粒表面結霜過程以及冰層垂直結合強度等進行了詳細研究，主

2、要研究內容和結果如下：
　?。?）制備了鋁合金超疏水表面及對照樣品親水表面和疏水表面。超疏水表面接觸角高達164.6°，滾動角為4°，疏水表面和親水表面的接觸角分別為116.5°和57.1°，接觸角滯后分別為45°和20°。表面形貌分析證明，超疏水表面布滿了凹凸不平的粗糙結構，而疏水表面和親水表面相對光滑。超疏水表面具有優(yōu)異的穩(wěn)定性，放置在室溫（25℃）環(huán)境下30天和在乙醇溶液中超聲45min，接觸角和滾動角變化都不大。
　

3、?。?）研究了不同冷面溫度條件下靜態(tài)水滴的凍結過程。結果發(fā)現(xiàn)，水滴在冷表面的凍結可以分為兩個過程，即均相降溫過程和異相結冰過程，這兩個過程分別用均相降溫時間（簡記為tc）、異相結冰時間（簡記為tf）/異相結冰速率（Vj）進行表征。對于均相降溫過程，與疏水表面和親水表面相比，在相對較高的冷面溫度（-9℃、-14℃、-19℃）下，超疏水表面具有優(yōu)異的抗靜態(tài)水結冰的能力（較大的tc值）；當冷面溫度進一步降低（-24℃、-29℃），超疏水表面抗

4、靜態(tài)水滴凍結能力優(yōu)勢喪失（此時，不同潤濕性樣品表面 tc值無顯著差別）。對于異相結冰過程，與疏水表面和親水表面相比，在所測試冷面溫度范圍內（-9℃~-29℃），超疏水表面異相結冰時間tf最長，平均異相結冰速率Vj最慢。
　　（3）研究了水滴結冰后形成的冰粒形貌和冰粒表面進一步的結霜過程。結果發(fā)現(xiàn)，在相同的冷壁面溫度條件下，超疏水表面形成的冰粒頂部曲率最大，疏水表面形成冰粒頂部曲率半徑居中，親水表面最小。較大的頂部曲率有利于空氣中水

5、分的凝結，從而加快結霜。結果表明，在相同的冷壁面溫度（如-19℃）下，超疏水表面冰粒表面結霜速率最快，疏水表面冰粒居中，親水表面冰粒最慢。冷壁面溫度也將影響結霜速率，隨著冷壁面溫度下降（從-14℃降至-19℃、-24℃），超疏水表面冰粒表面結霜速率逐漸增大。
　?。?）利用自行設計的裝置，測量冰層垂直結合強度。在冷壁面溫度為-9℃、-14℃條件下，測得超疏水表面冰層結合強度最小，親水表面最大，疏水表面居中，說明超疏水表面具有優(yōu)異的