超疏水表面具有優(yōu)越的憎水性和自清潔特性,該文制備了相同材質的超疏水硅橡膠表面和普通疏水硅橡膠表面,設計并進行了霧水潤濕條件下污穢表面的閃絡試驗,觀測2種污穢表面的潤濕狀態(tài)、交流電場作用下水滴的動態(tài)行為和閃絡電壓,并對其機理進行探究。結果表明:經過霧水潤濕,超疏水硅橡膠表面的污穢區(qū)域形成接觸角大于90°的分離水滴,非污穢區(qū)域的水滴由于維持自身穩(wěn)定的特性,其體積小于普通疏水表面。相較于干凈水滴,污穢水滴的介電常數減小,導致所受電場力增大,但同時摩擦阻力也增大,影響其動態(tài)行為。交流電場作用下大部分污穢水滴振動、變形,一些極小污穢水滴及干凈水滴滾動、合并。制備出的超疏水表面具有良好的閃絡耐受能力,在傾角分別為0°、10°、20°放置時的閃絡電壓比普通疏水硅橡膠表面高58%,109%,108%。研究結果可以為超疏水表面在電力設備中的推廣應用提供參考。 

【文章來源】：中國電機工程學報. 2020,40(17)北大核心EICSCD

【文章頁數】：11 頁

【部分圖文】：

試樣表面5L水滴形貌圖Fig.15Lwaterdropletontheas-preparedsurfaces(a)普通疏水表面(b)超疏水表面

?木鬯姆?蟻┠＞咧校??真空條件下保持10min，然后室溫固化24h以上，得到普通疏水硅橡膠試樣；將彈性體置于500目絲網模板上，在真空條件下保持20至30min，然后室溫固化24h以上，得到超疏水硅橡膠試樣。試樣尺寸為60mm25mm2mm。圖1所示為5μL水滴在制得試樣表面的水滴形貌圖，5μL水滴在普通疏水硅橡膠表面的接觸角值在107.2°~111.8°之間變化，取平均值為109.1°，在超疏水硅橡膠表面的接觸角值在159.3°~164.1°之間變化，取平均值為161.9°。圖2為試樣表面5L水滴滾落序列圖，5L水滴在普通疏水硅橡膠表面的滾動角為63.9°，在超疏水硅橡膠表面的滾動角為3°。圖3所示為試樣表面的顯微結構圖。普通硅橡膠表面相對平整光滑，納米聚四氟乙烯顆粒被緊密地包裹在硅橡膠里。超疏水硅橡膠表面存在微米級的編織結構和納米級的突起顆粒。(a)普通疏水表面(b)超疏水表面圖1試樣表面5L水滴形貌圖Fig.15Lwaterdropletontheas-preparedsurfaces(a)普通疏水表面(b)超疏水表面圖2試樣表面5L水滴滾落序列圖Fig.2Sequencephotographsof5Lwaterdropletslidingofftheas-preparedsurfaces

第17期金海云等：污穢超疏水硅橡膠表面的潤濕閃絡特性研究56952.3水滴的動態(tài)行為同樣，以傾斜10°放置的表面為例說明加壓過程中水滴的動態(tài)行為。非污穢區(qū)域的水滴行為如圖8所示。圖8(a)所示為普通疏水表面水滴的滑動、合并過程，水滴狀態(tài)較為扁平且水滴移動范圍很小，將其移動行為稱為滑動。與之對比的是超疏水表面的水滴狀態(tài)較為圓潤且水滴移動范圍較大，將其移動行為稱為滾動。圖8(b)所示為超疏水表面水滴的滾動、合并過程。水滴在滾動過程中也會和路徑上的小水滴進行合并。(a)普通疏水表面(b)超疏水表面圖8加壓過程中非污穢區(qū)域的水滴行為Fig.8Dropletbehavioronthenon-contaminatedareaduringtheprocessofapplyingAC加壓過程中污穢區(qū)域水滴的動態(tài)行為如圖9所示。圖9(a)所示為普通疏水表面，由于污穢的存在，表面水滴在起始時的接觸角已經小于90°，污穢水滴在其表面處于親水狀態(tài)。隨著電場作用的增強，水滴會呈現流動狀態(tài)，在強烈的放電能量下會沸騰并產生水蒸氣，污穢水滴有連接成水膜的趨勢，并且污層會被逐漸烘干。在超疏水表面，由于污穢的存在，大部分污穢水滴盡管具有大于90°的接觸角，但仍然難以滾動，只有部分極小的水滴存在滾動、合并現象。圖9(b)所示為超疏水表面極小水滴的滾動、合并行為，圖9(c)所示為超疏水表面大部分水滴加壓后的行為，水滴會在表面振動，但是難以離開原位，電壓升高到一定程度時，某些水滴會出現輕微的變形、伸長，部分污穢水滴伸長后接觸角會降低到90°以下。(a)普通表面(b)超疏水面極小水滴(c)超疏水表面大部分水滴加壓圖9加壓過程中污穢區(qū)域的水滴行為Fig.9Dropletbehavioronthecontaminatedareaduringtheprocess

【參考文獻】：
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