結(jié)露和結(jié)霜是發(fā)生在氣/固界面上的氣-液/氣-固相變行為,往往會(huì)導(dǎo)致工程設(shè)備效率降低,能耗增加,因此預(yù)防或延遲結(jié)露結(jié)霜現(xiàn)象的發(fā)生具有重要意義。竹葉的正反表面在相同的環(huán)境條件下表現(xiàn)出不同的結(jié)露/結(jié)霜行為,為探究其原因,本文對(duì)竹葉的微觀形貌、潤(rùn)濕性和結(jié)露結(jié)霜行為進(jìn)行了觀測(cè)。研究發(fā)現(xiàn),蠟質(zhì)層、納米針狀結(jié)構(gòu)以及表面潤(rùn)濕性的差異是引起竹葉正反兩面結(jié)露結(jié)霜性能不同的原因。對(duì)于竹葉反面,高接觸角增大了水蒸氣相變成核時(shí)的熱力學(xué)勢(shì)壘;蠟質(zhì)層和較小的接觸面積減小液滴的阻滯功,納米針狀結(jié)構(gòu)提供較大的拉普拉斯壓力驅(qū)使液滴向上運(yùn)動(dòng),因此微液滴合并釋放的表面能驅(qū)動(dòng)液滴發(fā)生彈跳,延緩了結(jié)露過程。微液滴在竹葉表面的實(shí)際接觸面積會(huì)影響結(jié)霜過程中的液滴凍結(jié)和霜晶生長(zhǎng),相比竹葉正面,與微液滴接觸面積更小的竹葉反面具有更優(yōu)的抗結(jié)霜性能。為進(jìn)一步探究竹葉表面的結(jié)露結(jié)霜特性與微結(jié)構(gòu)、低表面能及潤(rùn)濕性的聯(lián)系,基于竹葉表面的微觀形貌設(shè)計(jì)了仿生結(jié)構(gòu)。采用電火花線切割加工構(gòu)建仿生結(jié)構(gòu)Ⅰ,采用激光加工和溶膠凝膠-水熱法構(gòu)建仿生結(jié)構(gòu)Ⅱ,以潤(rùn)濕性為評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)優(yōu)化加工參數(shù),實(shí)現(xiàn)仿生結(jié)構(gòu)表面的制備。采用結(jié)露結(jié)霜試驗(yàn)臺(tái)對(duì)仿生表面的結(jié)露結(jié)霜性能進(jìn)行測(cè)試。... 

【文章來源】：長(zhǎng)春理工大學(xué)吉林省

【文章頁(yè)數(shù)】：59 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

結(jié)露結(jié)霜的典型案例(a)空調(diào)出風(fēng)口處結(jié)露；(b)冰箱內(nèi)部壓縮機(jī)結(jié)霜

ソ嗆偷駝掣攪Φ暮梢侗礱婺芄灰種平崧斷窒�。葰g??驗(yàn)結(jié)果卻表明，荷葉表面的抗結(jié)露效果并不理想。Cheng[10]等發(fā)現(xiàn)，放置在荷葉表面的液滴可以迅速滾走，表現(xiàn)出優(yōu)異的超疏水性和低粘性；如果將荷葉放置于結(jié)露環(huán)境中，當(dāng)水蒸氣在其表面結(jié)露后，荷葉表面便失去了原有的超疏水性。他們猜測(cè)，凝結(jié)的微液滴可能浸入到荷葉表面的乳突結(jié)構(gòu)中，將貯藏的空氣擠出，因此導(dǎo)致荷葉表面失去了超疏水性。為了驗(yàn)證這個(gè)猜想，他們通過環(huán)境掃描電鏡（ESEM）對(duì)荷葉表面的結(jié)露過程進(jìn)行了觀察[11]。他們發(fā)現(xiàn)，露珠底部被荷葉表面的凸起刺穿了（圖1.4）。雖然這些露珠在荷葉表面的表觀接觸角仍然較大，但由于底部被刺穿，這些露珠被“扎”在了荷葉表面上難以脫附。圖1.4荷葉表面的結(jié)露過程[11]Narhe[12]等對(duì)具有不同微米結(jié)構(gòu)的超疏水表面進(jìn)行了結(jié)露試驗(yàn)，結(jié)果表明這些表面的露珠最終會(huì)呈現(xiàn)Wenzel狀態(tài)。陳曉玲[13]等利用偏光顯微鏡和接觸角測(cè)量?jī)x對(duì)制備的超疏水表面的結(jié)露特性進(jìn)行了研究，他們發(fā)現(xiàn)水蒸氣會(huì)在表面微結(jié)構(gòu)的內(nèi)部形成液滴，這些液滴會(huì)以Wenzel狀態(tài)與材料表面接觸，這使得試樣表面的疏水性被破壞，Jung[14]等利用ESEM觀察具有微米硅柱陣列的超疏水表面的結(jié)露過程后得到了類似的結(jié)果（圖1.5）。Miljkovic[15]等發(fā)現(xiàn)，在水蒸氣飽和度較高的條件下，超疏水表面的結(jié)露液滴會(huì)從Cassie狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)閃enzel狀態(tài)并形成水膜鋪展在試樣表面。有研究學(xué)者試圖通過外加振動(dòng)[16]將超疏水表面的Wenzel狀態(tài)的結(jié)露液滴轉(zhuǎn)化為Cassie狀態(tài)，從而使液滴容易脫離表面。由此可見，如何使結(jié)露液滴保持Cassie狀態(tài)，是制備抗結(jié)露表面的關(guān)鍵。圖1.5超疏水表面的微小冷凝液滴合并過程[14]Chen[17]等通過微機(jī)械加工和沉積法制備了具有高縱寬比納米結(jié)構(gòu)的超疏水表面，結(jié)露

觀接觸角仍然較大，但由于底部被刺穿，這些露珠被“扎”在了荷葉表面上難以脫附。圖1.4荷葉表面的結(jié)露過程[11]Narhe[12]等對(duì)具有不同微米結(jié)構(gòu)的超疏水表面進(jìn)行了結(jié)露試驗(yàn)，結(jié)果表明這些表面的露珠最終會(huì)呈現(xiàn)Wenzel狀態(tài)。陳曉玲[13]等利用偏光顯微鏡和接觸角測(cè)量?jī)x對(duì)制備的超疏水表面的結(jié)露特性進(jìn)行了研究，他們發(fā)現(xiàn)水蒸氣會(huì)在表面微結(jié)構(gòu)的內(nèi)部形成液滴，這些液滴會(huì)以Wenzel狀態(tài)與材料表面接觸，這使得試樣表面的疏水性被破壞，Jung[14]等利用ESEM觀察具有微米硅柱陣列的超疏水表面的結(jié)露過程后得到了類似的結(jié)果（圖1.5）。Miljkovic[15]等發(fā)現(xiàn)，在水蒸氣飽和度較高的條件下，超疏水表面的結(jié)露液滴會(huì)從Cassie狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)閃enzel狀態(tài)并形成水膜鋪展在試樣表面。有研究學(xué)者試圖通過外加振動(dòng)[16]將超疏水表面的Wenzel狀態(tài)的結(jié)露液滴轉(zhuǎn)化為Cassie狀態(tài)，從而使液滴容易脫離表面。由此可見，如何使結(jié)露液滴保持Cassie狀態(tài)，是制備抗結(jié)露表面的關(guān)鍵。圖1.5超疏水表面的微小冷凝液滴合并過程[14]Chen[17]等通過微機(jī)械加工和沉積法制備了具有高縱寬比納米結(jié)構(gòu)的超疏水表面，結(jié)露試驗(yàn)表明，該表面在結(jié)露試驗(yàn)中和試驗(yàn)后均能使結(jié)露液滴保持Cassie狀態(tài)。他們

【參考文獻(xiàn)】：
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本文編號(hào)：3275421