發(fā)布時間：2021-06-11 10:52

　　雙面神親/疏膜可用于實現(xiàn)水下氣泡的單向運輸,在學術研究和工業(yè)應用中具有重要的意義。利用納秒脈沖激光打孔,并結(jié)合加熱改性工藝,在鋅箔上下表面制備出錐形微孔陣列。通過控制激光加工參數(shù),研制出雙面神鋅箔,其上下表面具有不同的粗糙度和微觀結(jié)構(gòu),并開展了水下氣泡單向運動特性研究。通過能譜儀（EDS）對雙面神鋅箔表面的化學成分進行了分析,結(jié)果表明,鋅箔上表面的潤濕性變化主要歸因于激光打孔和加熱處理中親水性羥基的吸附和解吸作用。利用高清工業(yè)相機觀測水下氣泡的動態(tài)行為,發(fā)現(xiàn)氣泡可以在0.6 s內(nèi)從疏氣面滲透到親氣面,但在相反方向則會被堵塞。研究結(jié)果顯示,在一定范圍內(nèi),脈沖激光能量的增加不僅可以增大鋅箔表面的微孔尺寸并改善鋅箔表面疏水性,還可以顯著提高氣泡的運輸速率,氣泡在雙面神鋅箔中的運輸特性主要歸因于表面微納結(jié)構(gòu)和化學成分的共同作用。研究結(jié)論可為超高速氣泡捕捉、輸送、收集和氣液分離等領域的先進材料設計提供參考。 

【文章來源】：中國激光. 2020,47(10)北大核心EICSCD

【文章頁數(shù)】：9 頁

【部分圖文】：

經(jīng)過納秒激光鉆孔后鋅箔表面上形成的多級微納結(jié)構(gòu)。

脈沖能量對鋅箔表面形貌和表面潤濕性的影響。

除了表面形貌,表面化學成分也是影響潤濕性的一個重要因素,圖3(a)～(c)分別為原始、激光打孔后和加熱后的鋅箔上表面的水接觸角,分別為30°,0°和155°。根據(jù)研究推斷,這種潤濕性的差異主要歸因于表面氧元素的變化。為了研究鋅箔表面氧元素的含量變化,采用能譜分析(EDS)來檢測三種狀態(tài)鋅箔表面氧元素的含量變化。當脈沖能量為4 mJ時,原始、激光打孔后和加熱改性后的鋅箔上表面的氧元素含量分別如圖3(d)～(f)所示。在激光打孔前,鋅箔為本征親水,表面主要由鋅元素和少量的氧元素、碳元素組成,其中氧原子的占比(原子數(shù)分數(shù))為6.64%。在激光打孔后,鋅箔的上表面由親水轉(zhuǎn)變?yōu)槌H水,氧元素含量(原子數(shù)分數(shù))升至32.66%。這是由于樣品表面在激光打孔過程中吸附了周圍環(huán)境的親水性羥基(—OH),這類官能團的形成與金屬表面的有機吸附有關[25]。經(jīng)激光打孔和加熱處理后,鋅箔表面的氧元素含量(原子數(shù)分數(shù))升至50.34%,鋅箔上表面由超親水改性為超疏水。分析認為,經(jīng)加熱處理后,鋅箔表面的親水性羥基發(fā)生了解吸,空氣中的氧原子代替解吸的羥基,形成氧化鋅(ZnO)[26]。因此,材料表面羥基的吸附和解吸是潤濕性變化的主要原因。

【參考文獻】：
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本文編號：3224396