結霜覆冰現(xiàn)象在自然界和工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中廣泛存在,不僅會帶來經(jīng)濟損失,而且對人們的生命安全存在著安全隱患。為保障系統(tǒng)的正常運行,需周期性的對表面進行融霜與脫冰處理。通過改變表面浸潤性來抑制冰霜的附著,促進融霜與脫冰,相比于傳統(tǒng)方法,這是一種比較理想的方法,無需增加額外的設備與能源消耗。本課題首先對表面浸潤性原理進行研究,然后探究浸潤性與微觀結構對結霜覆冰過程的影響,建立液滴的成核相變模型。仿真發(fā)現(xiàn)相變凝固時間隨接觸角增大而延長,同時發(fā)現(xiàn)復合結構中的間距與寬度比值為0.5、1、2時對應的凝固時間分別為118秒、121.6秒和140.6秒,比值越大,貯存空氣越多,相變越延遲。為制備出這種可以大量貯存空氣的復合結構超疏水表面,首先采用激光刻蝕方法在不銹鋼基底上制備單一圓孔陣列微米結構,然后采用水熱合成方法制備單一氧化鋅納米結構,尋找出最佳的反應條件,即0.025mol/L的六次甲基四胺,0.05mol/L的六水合硝酸鋅和0.75gPEI的混合水溶液60ml,88攝氏度下水熱生長8小時。進而探索出通過氧化鋅的區(qū)域選擇生長實現(xiàn)微納米復合結構的方法,其最佳接觸角達到了172.5度,滾動角僅為1.7度。本課題通過實驗對比不同不銹鋼樣品表面上的結冰與結霜的過程。復合結構超疏水表面憑借其較大的接觸角與結構中貯存的大量空氣,液滴結冰時間相比在未處理的表面延緩了94秒。在低溫-21攝氏度,濕度35%條件下,本課題制備的超疏水復合結構表面上的霜晶出現(xiàn)時間相比未處理表面延遲24天,在濕度為75%的特別潮濕環(huán)境下仍然延遲了39小時,并且相同時間下,前者霜的分布更稀少。此外,在霜層融化過程中,超疏水表面對融化冰水混合物的黏附力低,霜層收縮為球狀,最終在外力作用下將從表面脫落。
【學位單位】：哈爾濱工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2019
【中圖分類】：TB66
【部分圖文】：

結霜覆冰會增加飛機的飛行阻力，嚴重影響飛行器的操控性，程中的安全性。所以研究結霜和覆冰的機理，以及防結霜防覆經(jīng)引起國內(nèi)外研究學者的關注[2-4]。荷葉、水黽等自然生物啟發(fā)，超疏水材料可以通過較大的接觸角糙結構捕獲的空氣氣墊延長材料表面結霜覆冰的時間，同時較使液滴在相變之前快速滾落，因此超疏水表面因其獨特的表面元協(xié)同結構在結霜覆冰方面具有巨大的研究價值。超疏水現(xiàn)象自清潔效應，如圖 1-1 所示，水滴在荷葉表面以水珠形式存在表面，并且十分容易滾動，這樣的表面被研究者稱為超疏水表的許多動植物身上同樣可以觀察到超疏水現(xiàn)象，例如水稻葉具自清潔效應；水黽在水面上能夠快速行走，主要得益于它的腿特性[5-7]。隨著研究的進行與科學技術的發(fā)展，許多研究人員陸法制備出了超疏水表面。同時正是由于超疏水表面具有獨特的減阻、油水分離、防結霜、防覆冰、液體輸運、生物醫(yī)藥、抗各個方面呈現(xiàn)了廣泛的應用前景[8-10]。

圖 1-2 化學刻蝕得到的鋁表面微觀形貌與接觸角[15]激光刻蝕技術是近年來新興的一種刻蝕技術，它利用激光束和物質(zhì)之間的作用對材料進行微加工。相對其他制備方法，激光刻蝕法對材料表面的控為細致精確，刻蝕結構可控。潘俏菲，于艷玲等利用紫外納秒脈沖激光加銹鋼表面，然后用低表面能試劑修飾，通過改變激光工藝參數(shù)和選擇不同修飾試劑，獲得了接觸角 163.3 度，滾動角 8 度的超疏水表面。其加工工程和樣品表面微觀形貌如圖 1-3 所示[16]。

哈爾濱工業(yè)大學工學碩士學位論文圖 1-2 化學刻蝕得到的鋁表面微觀形貌與接觸角[15]激光刻蝕技術是近年來新興的一種刻蝕技術，它利用激光束和物質(zhì)之間相互作用對材料進行微加工。相對其他制備方法，激光刻蝕法對材料表面的制較為細致精確，刻蝕結構可控。潘俏菲，于艷玲等利用紫外納秒脈沖激光工不銹鋼表面，然后用低表面能試劑修飾，通過改變激光工藝參數(shù)和選擇不化學修飾試劑，獲得了接觸角 163.3 度，滾動角 8 度的超疏水表面。其加工藝流程和樣品表面微觀形貌如圖 1-3 所示[16]。
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本文編號：2874215