超疏水表面自清潔效應(yīng)的表面力學(xué)分析

【摘要】：荷葉出淤泥而不染,水黽能在水面自由運(yùn)動(dòng),這些自然現(xiàn)象都跟超疏水有關(guān)。超疏水表面近年來引起了廣泛的關(guān)注。 研究表明,二元微納結(jié)構(gòu)的存在是表面實(shí)現(xiàn)超疏水的根本原因。超疏水表面特殊的浸潤性,使其在很多方面有廣泛的應(yīng)用,包括自清潔、防腐蝕、油水分離等方面。研究發(fā)現(xiàn),粗糙的表面結(jié)構(gòu)和較低的表面自由能是制備超疏水表面的必要條件。在此基礎(chǔ)上人們發(fā)展了很多制備超疏水表面的方法,例如,刻蝕法、溶膠-凝膠法等。截止目前,超疏水表面實(shí)現(xiàn)自清潔的過程,包括顆粒與液滴相互作用的力學(xué)分析,自清潔的實(shí)現(xiàn)與顆粒質(zhì)量的關(guān)系,還沒有相關(guān)的研究。 本文首先對(duì)超疏水表面和普通表面的黏附力進(jìn)行了測量,其次對(duì)微顆粒與液滴的相互作用進(jìn)行了力學(xué)分析,找出了超疏水表面實(shí)現(xiàn)自清潔的原因,討論了自清潔的實(shí)現(xiàn)與顆粒質(zhì)量的關(guān)系,最后運(yùn)用力學(xué)分析結(jié)果對(duì)顆粒在超疏水表面實(shí)現(xiàn)自清潔的臨界半徑進(jìn)行了理論計(jì)算,并在新鮮荷葉表面進(jìn)行了驗(yàn)證。我們發(fā)現(xiàn)理論計(jì)算和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證能夠較好的符合。 通過實(shí)驗(yàn)及計(jì)算,我們得到了以下幾點(diǎn)結(jié)論： 1.利用AFM膠體探針技術(shù),測量了Si02微球在超疏水表面和普通表面的黏附力。發(fā)現(xiàn)超疏水表面的黏附力遠(yuǎn)小于普通親水和疏水表面； 2.揭示了超疏水表面實(shí)現(xiàn)自清潔的力學(xué)機(jī)理； 3.基于上述力學(xué)機(jī)理,發(fā)現(xiàn)了超疏水表面實(shí)現(xiàn)自清潔與顆粒的質(zhì)量的關(guān)系,不同質(zhì)量的顆粒實(shí)現(xiàn)自清潔的方式不同； 4.對(duì)自清潔臨界顆粒半徑進(jìn)行了理論預(yù)測和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,發(fā)現(xiàn)理論與實(shí)驗(yàn)結(jié)果能很好的吻合。 【關(guān)鍵詞】：超疏水表面 自清潔 黏附力 力分析 AFM
【學(xué)位授予單位】：西南交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號(hào)】：TB306
【目錄】：

• 摘要6-7
• Abstract7-11
• 第1章 緒論11-28
• 1.1 引言11-12
• 1.2 自然界中的超疏水現(xiàn)象12-16
• 1.3 理論模型16-20
• 1.3.1 YOUNG方程16-17
• 1.3.2 WENZEL模型17
• 1.3.3 CASSIE-BAXTER模型17-19
• 1.3.4 接觸角滯后和滾動(dòng)角19-20
• 1.4 超疏水現(xiàn)象的應(yīng)用20-23
• 1.4.1 液體運(yùn)輸20-21
• 1.4.2 油水分離21
• 1.4.3 防霧21-22
• 1.4.4 生物醫(yī)學(xué)22-23
• 1.5 人工制備超疏水表面23-26
• 1.5.1 刻蝕法23-24
• 1.5.2 溶膠-凝膠法24-25
• 1.5.3 電紡法25-26
• 1.6 課題研究的目的意義和研究內(nèi)容26-28
• 1.6.1 課題研究的目的意義26-27
• 1.6.2 課題的研究內(nèi)容27-28
• 第2章 樣品制備及相關(guān)參數(shù)的測量28-34
• 2.1 樣品制備28-30
• 2.1.1 親水表面28
• 2.1.2 疏水表面28
• 2.1.3 超疏水表面28-30
• 2.2 接觸角的測量30
• 2.3 黏附力的測量30-33
• 2.3.1 概念簡介30
• 2.3.2 原子力顯微鏡簡介30-32
• 2.3.3 膠體探針簡介及制備32-33
• 2.3.4 表面黏附力的測量33
• 2.5 本章小結(jié)33-34
• 第3章 超疏水表面實(shí)現(xiàn)自清潔的力學(xué)機(jī)理34-48
• 3.1 液-氣界面力34-36
• 3.2 液滴與顆粒相互作用受力分析36-44
• 3.2.1 親水表面顆粒與液滴作用的受力分析37-38
• 3.2.2 疏水表面顆粒與液滴作用的受力分析38-44
• 3.3 超疏水表面自清潔形式與顆粒大小的關(guān)系44-47
• 3.3.1 較小顆粒44-45
• 3.3.2 較大顆粒45-46
• 3.3.3 大到一定程度的顆粒46-47
• 3.4 本章小結(jié)47-48
• 第4章 力學(xué)機(jī)理的理論預(yù)測和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證48-55
• 4.1 理論預(yù)測48-51
• 4.2 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證51-52
• 4.3 誤差分析52-53
• 4.4 本章小結(jié)53-55
• 結(jié)論55-56
• 致謝56-57
• 參考文獻(xiàn)57-65
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文65

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