仿生周期微結構表面設計制備及其潤濕性能研究.pdf

1、受自然界荷葉效應的啟發(fā)，通過在材料表面構建或改變微結構同時進行表面改性來控制材料表面的潤濕性能，能夠很好地改善材料的綜合使用性能。微結構表面潤濕模式轉換是表面潤濕性能研究中的一項重要內(nèi)容，是超疏水表面設計制備及應用研究的基礎。針對幾種仿生微結構表面潤濕模式轉換，通過理論推導和實驗驗證相結合進行了一系列的理論分析與實驗探討。 設計了平行光柵形、圓形凹坑形和方柱陣列三種微結構表面，在經(jīng)典潤濕理論的基礎上推導了各微結構表面表觀接觸角的

2、理論預測公式。 探討了微結構表面潤濕模式轉換機制。在此基礎上通過建立理論模型推導了平行光柵形和圓形凹坑形微結構表面潤濕模式轉換的幾何角度理論判據(jù)。在已有研究的基礎上，通過綜合考慮液滴潤濕模式轉換過程中各能量參量之間可能存在的關系提出了方柱陣列微結構表面潤濕模式轉換的能量角度理論判據(jù)。 利用飛秒激光微加工系統(tǒng)以K9玻璃為基底材料制備了具有平行光柵形微結構和圓形凹坑形微結構的系列樣品，對其進行了潤濕模式測試和表征，在實驗結果

3、分析和理論計算相結合的基礎上對潤濕模式轉換的相應幾何角度理論判據(jù)進行了初步的實驗驗證。結果表明，大部分實驗結果與理論預測相符，說明理論判據(jù)基本合理，但需要進一步完善和探討。 采用等離子體刻蝕技術制備了凹槽深度不同的5個系列共15組的硅基方柱陣列樣品，對各樣品表面的表觀接觸角進行了實驗測試，針對實驗結果分析了微結構幾何參數(shù)對硅基方柱陣列樣品表面潤濕模式轉換的影響，并通過對其中發(fā)生了潤濕模式轉換的三組樣品進行能量計算，初步驗證了方柱