微納雙重結(jié)構(gòu)表面的接觸角模型及其潤濕性研究.pdf

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1、2014年1月潤滑與密封Jan．2014第39卷第1期LUBRICAT10NENGINEERINGVo1．39No．1DOI：10．3969／j．issn．0254—0150．2014．01．009微納雙重結(jié)構(gòu)表面的接觸角模型及其潤濕性研究李小兵(南昌大學機電工程學院江西南昌330031)摘要：依據(jù)超疏水、自清潔荷葉表面具有的微米乳突和納米鞭毛雙重結(jié)構(gòu)，設計類似荷葉表面的微／納雙重結(jié)構(gòu)，建立對應的Wenzel、Cassie接觸角模型，分析微納雙重結(jié)構(gòu)及其結(jié)構(gòu)參數(shù)對表面潤濕性的影響。研究表明，對于單級微觀結(jié)構(gòu)，具有細

2、長(較大的柱高與柱邊長比)微觀結(jié)構(gòu)的粗糙表面疏水效果更好；對于微納雙重結(jié)構(gòu)，二級納米結(jié)構(gòu)的出現(xiàn)降低了實現(xiàn)超疏水性的柱高與柱邊長比的閾值，微納雙重結(jié)構(gòu)可以大大提高表面的疏水性能。關鍵詞：微納雙重結(jié)構(gòu)；荷葉表面；接觸角模型；潤濕性中圖分類號：TB383文獻標識碼：A文章編號：0254—0150(2014)1—043—3ContactAngleModelandWettabilityontheSurfaceswithMicro／nanoBinaryStructuresLIXiaobing(SchoolofMechatron

3、icsEngineering，NanchangUniversity，NanchangJiangxi330031，China)Abstract：Basedonsuperhydrophobieandself-cleaninglotusleafsurfacewiththedualstructuresofmicromastoidandnanoflagellar，themicro／nanostructuressimilartolotusleafsurfacewasdesigned．Thecorrespondingcontac

4、tanglemodelswithWenzelandCassiemodelwereestablishedandtheinfluencesofthemicro--nanodualstructuresanditsstructurepa-rametersonsurfacewettabilitywereanalyzed．Theresultsshowthatforsinglemicrostructure，theroughSUrfacewithaslen-derstructure(thatiswiththelargerratio

5、ofcolumnsheightandcolumnsidelength)hasabetterhydrophobiceffect．Formicro—nanodualstructure，thethresholdratioofcolumnheightandcolumnlengthtoimplementsuperhydrophobicisre-ducedduetothesecondnanostructures．Therefore，themicro—nanodualstructurescangreatlyimprovetheh

6、ydrophobicpropertiesofroughsurface．Keywords：micro／nanostructures；lotusleafsurface；contactanglemodel；wettability荷葉表面是一種典型的具有超疏水、自清潔作用究了單級微觀結(jié)構(gòu)接觸角模型以及結(jié)構(gòu)參數(shù)對其潤濕表面(“荷葉效應”)，利用“荷葉效應”，通過人工控性的影響，結(jié)果表明微觀結(jié)構(gòu)提高了表面疏水性能，制固體表面潤濕性制備自清潔表面，在國防、工農(nóng)業(yè)可以通過調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)參數(shù)改變其疏水性能。生產(chǎn)和人們?nèi)粘Ｉ钪杏兄匾膽?/p>

7、用前景，引起研究人員廣泛關注?。隨著對自然界中自清潔現(xiàn)象和潤濕性可控表面的深入研究，制備無污染、自清潔表面的夢想成為現(xiàn)實。Barthlott和Neihuis通過對近300種植物葉表面研究，認為自清潔特征是由粗糙表面微米結(jié)構(gòu)的乳突以及表面疏水的蠟狀物質(zhì)存在共同引起。Feng等通過對荷葉表面深入研究，發(fā)現(xiàn)荷葉表面富含低表面能的蠟，還密布微突起(如圖1所示)，其直徑為5～9Ixm，而且單個微突起表面還具有枝狀納米鞭毛結(jié)構(gòu)，納米結(jié)構(gòu)平均直徑為(124．3±3．2)nm。結(jié)果證明，低表面能蠟及微／納雙重結(jié)構(gòu)使荷葉表面獲得極高

8、的接觸角和較小的滾動角。本文作者前期已研基金項目：江西省教育廳科學技術研究項目(GJJ13001)．收稿日期：2013—04—18(b)Nanostructure作者簡介：李小兵(1979一)，男，博士，副教授，主要從事表圖1荷葉表面微／納雙重結(jié)構(gòu)面工程與摩擦學研究．E—mail：lixiaobing@ncu．edu．cn．Fig1Miero／nanostr