特殊润湿性表面的制备及其减阻性能研究
文献类型：期刊论文
| 作者 | 汤磊 |
| 刊名 | 中国科学院大学(中国科学院宁波材料技术与工程研究所)
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| 出版日期 | 2017 |
| 页码 | 104 |
| 关键词 | 润湿性 减阻 织构 模拟 微涡流 |
| 产权排序 | 中国科学院大学(中国科学院宁波材料技术与工程研究所) |
| 英文摘要 | 海洋航行体在航行时受到的阻力是影响其航行速度和能量消耗的最主要因素之一,减小航行体受到的阻力具有极高的经济价值和军事价值。在众多的减阻方法中,超疏水表面减阻由于优异的减阻效果而广受关注,但高成本和难以大面积制备、高速下减阻性能不稳定等缺点而限制了其广泛应用。相反,超亲水表面在减阻领域的研究却相对较少,而鲨鱼、海豚等海洋生物的表皮则是亲水的,由此可以推断,亲水/超亲水表面在减阻领域存在很大的应用前景。基于这一思路,作者用不同的方法制备了不同的特殊润湿性表面并测试了其减阻性能,本文完成的主要工作如下:用溶胶凝胶法制备了超亲水表面,使用聚乙二醇2000(PEG2000)添加剂构筑表面多孔结构,利用场发射扫描电子显微镜(SEM)、扫描探针显微镜(SPM)、X射线粉末衍射仪(XRD)、X射线光电子能谱仪(XPS)和接触角仪系统表征了涂层的物理化学性能。结果发现:随着PEG2000的添加以及添加量的增加,涂层从光滑表面转变为不规则凹坑结构再转变为规则多孔结构,孔径逐渐增大,形状逐渐规则并趋于半球形;涂层制备过程中的高温热处理带来的热效应使得表面呈现出超亲水性。用相似的方法制备了亲水表面,并表征了物理化学性能,结果发现:涂层表面也有多孔结构,但孔径较小,而径深比很大,且孔径与PEG2000的添加量关系不大,涂层未经过高温热处理,只显示出普通亲水性。用纳米粒子添加法制备了超疏水表面,在低表面能的聚二甲基硅氧烷(PDMS)涂层上自组装纳米二氧化硅粒子构筑微纳米复合结构,系统地表征了其形貌以及润湿性,结果表明:超疏水涂层的润湿性与其镀膜次数密切相关,镀膜次数决定了纳米粒子在涂层表面的沉积量,只有当镀膜次数为3次以上时涂层才显示出完全的超疏水性,涂层的滚动角取决于表面的粘附力,粘附力越大则滚动角越大,涂层的超疏水性越差。同样,用类似的方法构筑了疏水表面,不添加纳米二氧化硅粒子,系统地表征了其形貌和润湿性,结果表明:疏水涂层的形貌为光滑平整的表面,润湿性不随镀膜次数的变化而变化,且表面的粘附力很大,导致涂层的滚动角很大,呈现出普通疏水性。通过落球法和粒子图像测速法(PIV)对所有的特殊润湿性表面进行减阻性能测试,并用ANSYS软件对超亲水表面流场进行有限元模拟以揭示其减阻机理,结果表明:表面孔结构内会产生微涡流结构,它能减小表面的摩擦阻力但同时也会产生一个额外的压差阻力,孔的形貌决定了两者的相对大小并决定了最终的减阻效果,微孔的孔径越大,形状越规则则减阻效果越好,最大减阻率为9.4%;亲水涂层由于微孔的孔径很小,形状很不规则,导致压差阻力的增加量很大,涂层整体上显示出增阻效果;超疏水表面的减阻效果取决于表面的超疏水性以及粘附力大小,超疏水性越好、粘附力越小,则减阻效果越好,最大减阻率达到了8.8%;普通疏水表面由于其PDMS涂层的粘附力较大,表面对流体分子的引力较大,整体呈现出增阻效果。 |
| 公开日期 | 2018-12-04 |
| 源URL | [http://ir.nimte.ac.cn/handle/174433/16720]  |
| 专题 | 2017专题 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 汤磊. 特殊润湿性表面的制备及其减阻性能研究[J]. 中国科学院大学(中国科学院宁波材料技术与工程研究所),2017:104. |
| APA | 汤磊.(2017).特殊润湿性表面的制备及其减阻性能研究.中国科学院大学(中国科学院宁波材料技术与工程研究所),104. |
| MLA | 汤磊."特殊润湿性表面的制备及其减阻性能研究".中国科学院大学(中国科学院宁波材料技术与工程研究所) (2017):104. |
入库方式： OAI收割
来源：宁波材料技术与工程研究所
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