金屬銅表面微納結(jié)構(gòu)的可控構(gòu)建技術(shù)及其性能研究.pdf

1、金屬表面結(jié)冰問題普遍存在，給航空、國防、電力等領(lǐng)域的相關(guān)裝備帶來安全隱患，研發(fā)具有抗結(jié)冰性能的金屬表面具有重要的實(shí)用價(jià)值和理論意義?，F(xiàn)有研究表明，目前的不可控或一級粗糙結(jié)構(gòu)超疏水表面不具有抗結(jié)冰性能，而可控陣列結(jié)構(gòu)超疏水表面可在-25℃～-30℃的低溫下不發(fā)生結(jié)冰現(xiàn)象。然而，現(xiàn)有可控微納復(fù)合結(jié)構(gòu)的制備主要以硅片和聚合物為基體，針對金屬表面的可控構(gòu)建技術(shù)仍然缺乏;同時(shí)，關(guān)于疏冰特性的研究目前主要集中在不可控或者一級可控超疏水表面，效果尚不

2、理想。因此，本文結(jié)合微米結(jié)構(gòu)圖案化和納米結(jié)構(gòu)氧化法技術(shù)，設(shè)計(jì)了純銅表面可控微納復(fù)合結(jié)構(gòu)的制備工藝，研究并分析了制得材料的微觀形貌、潤濕性、抗結(jié)霜及抗結(jié)冰等性能，并結(jié)合經(jīng)典異相形核理論、Brown凝并及一維傳熱等理論闡明了此類表面延緩結(jié)霜結(jié)冰的機(jī)理。
　　 采用光刻膠陣列模板-氨水溶液浸泡法制得了具有微米圓柱陣列-針狀納米結(jié)構(gòu)復(fù)合形貌的樣品，經(jīng)氟硅烷表面改性，水滴在樣品表面的靜態(tài)接觸角達(dá)152.6°，滾動角為10.8°。通過該制備

3、方法可加工尺寸低至10μm的微米圓柱陣列，陣列均勻性好、圖案分辨率高;然而采用無掩膜光刻法制備光刻膠陣列模板時(shí)，對樣品及設(shè)備要求高、工藝繁瑣，使得該制備技術(shù)成本高、耗時(shí)長。此外，模板在鍍銅過程中存在明顯的“陰影效應(yīng)”，納米結(jié)構(gòu)形貌均勻性欠佳。
　　 采用ICP硅柱模板法-氨水溶液浸泡法，同樣制得了具有微米圓柱陣列-針狀納米結(jié)構(gòu)復(fù)合形貌的樣品，樣品靜態(tài)接觸角高達(dá)163.0°、滾動角低至2.1°。該制備手段具有控制精度高、大面積均勻

4、性好的優(yōu)點(diǎn);然而采用ICP法制備硅柱模板所耗費(fèi)的成本高、時(shí)間長。另外，該制備技術(shù)在后續(xù)鍍銅過程中仍存在輕微“陰影效應(yīng)”。
　　 采用電火花微加工法分別在銅片表面制備出了矩形、條紋形、四棱錐形的微米陣列，然后采用機(jī)械攪拌-混合溶液浸泡法進(jìn)行納米結(jié)構(gòu)構(gòu)建。研究表明，可控微納復(fù)合結(jié)構(gòu)超疏水表面能夠延緩結(jié)霜、結(jié)冰，結(jié)合經(jīng)典異相形核理論、Brown凝并、一維傳熱及傳質(zhì)理論，闡明了可控微納復(fù)合結(jié)構(gòu)超疏水表面抗結(jié)霜、抗結(jié)冰的機(jī)理。同時(shí)，測試了