發(fā)布時(shí)間：2020-05-17 16:35

【摘要】：玻璃是一種常用的材料,可以應(yīng)用在汽車擋風(fēng),房屋建筑,太陽能電池外殼,電子顯示屏等方面。超疏水玻璃表面除了具有防霧、抗腐蝕、抗結(jié)冰、防雪、拒水、自清潔性等特性,還具有灰塵不易附著和在陰雨天保持高透明度的優(yōu)勢(shì)。一般來說,制備超疏水表面有兩個(gè)途徑:(1)在低表面能的材料表面構(gòu)建合適的微觀結(jié)構(gòu);(2)降低具有微/納米結(jié)構(gòu)表面的自由能。在玻璃表面制備微納米結(jié)構(gòu)的傳統(tǒng)方法有機(jī)械刻蝕、平板印刷術(shù)、涂層技術(shù)、等離子刻蝕等,然而這些方法由于制備工藝復(fù)雜、設(shè)備昂貴、需要真空環(huán)境等問題受到很多限制。相比之下,激光加工技術(shù)具有非接觸、作用時(shí)間短和超高峰值功率的優(yōu)點(diǎn)。本論文采用皮秒激光對(duì)光伏玻璃表面進(jìn)行刻蝕實(shí)驗(yàn),研究不同單脈沖能量和不同激光掃描間距對(duì)光伏玻璃表面微觀形貌和疏水性的影響,并且對(duì)超疏水光伏玻璃在可見光范圍內(nèi)的透光率進(jìn)行了測(cè)量分析。主要研究成果如下:(1)采用皮秒激光刻蝕與氟硅烷修飾相結(jié)合的方法在光伏玻璃表面成功制備出超疏水光伏玻璃表面。通過優(yōu)化激光工藝參數(shù),在激光脈沖能量為40μJ,頻率為400 kHz,功率約為20 W,掃描次數(shù)為50,激光掃描間距為60μm的激光工藝參數(shù)下刻蝕光伏玻璃表面,在光伏玻璃表面制備出具有周期性的微溝槽陣列,在微溝槽的內(nèi)壁和底部有許多納米凸起。激光加工后的光伏玻璃表面用氟硅烷化學(xué)改性后,成功制備出接觸角為169°±1°,滾動(dòng)角小于2°的超疏水光伏玻璃表面。(2)通過調(diào)整皮秒激光的工藝參數(shù),研究了不同激光工藝參數(shù)對(duì)光伏玻璃表面形貌和潤(rùn)濕性的影響。在激光掃描間距為60μm,頻率為400 kHz,掃描次數(shù)為50時(shí)調(diào)整激光的脈沖能量,當(dāng)能量由32μJ增加到42μJ時(shí),表面微溝槽之間的間距約為60μm,溝槽的深寬比增大,氟硅烷修飾后的光伏玻璃表面的接觸角由157°±2°增大到170°±1°,滾動(dòng)角小于2°。在激光脈沖能量為35μJ,頻率為400 kHz,掃描次數(shù)為50時(shí)調(diào)整激光的掃描間距,當(dāng)激光的掃描間距由50μm增加到85μm時(shí),表面微溝槽之間的間距增大,溝槽的深寬比不變,氟硅烷修飾后的光伏玻璃表面的接觸角由172°±1°降低到145°±3°,并且當(dāng)激光掃描間距增大到85μm時(shí),滾動(dòng)角有明顯增大的現(xiàn)象。(3)通過建立疏水結(jié)構(gòu)模型與計(jì)算,對(duì)光伏玻璃表面的疏水機(jī)理進(jìn)行了分析。結(jié)果表明微溝槽內(nèi)部的納米凸起及表面的納米孔洞結(jié)構(gòu)有利于增加光伏玻璃表面的疏水性,并且能夠限制水滴在光伏玻璃表面由Cassie狀態(tài)過渡到Wenzel狀態(tài)。這些納米結(jié)構(gòu)對(duì)超疏水玻璃表面的形成及表面具有很低的接觸角滯后都起到了至關(guān)重要的作用。
【圖文】：

皮秒激光制備超疏水光伏玻璃表面形貌及其潤(rùn)濕性研究走表面的灰塵和污垢。荷葉具有自清潔的特性是因?yàn)楹扇~表面具有微納米結(jié)疏水蠟質(zhì)層，如圖 1.1(e-g)所示。其他一些植物葉子表現(xiàn)出與荷葉相同的性表面都有微納米結(jié)構(gòu)，，如水稻葉、甘藍(lán)、芋頭等[10-13]。如圖 1.1(a)和(b)所示表面上均勻分布著微米橢圓形突起，此外從 SEM 照片可以看出有大量的納狀結(jié)構(gòu)散布在整個(gè)表面。芋葉的表面具有超疏水性[14]，水滴在芋葉表面的接和滾動(dòng)角分別為 159°和 3°。水滴從水稻葉表面滾落時(shí)的滾動(dòng)角在 3°～12°范變化，這主要取決于滾動(dòng)時(shí)的角度。這種行為可以用水稻葉表面的各向異性來解釋，SEM 照片如圖 1.1(c)和(d)所示。從圖可以看出在水稻葉表面上微米

江 蘇 大 學(xué) 專 業(yè) 碩 士 學(xué) 位 論 文，超疏水性和憎水性還可以使一些昆蟲在水面上自由行走，如水黽[22]，可到這些昆蟲和蜘蛛的角質(zhì)層被蠟質(zhì)層覆蓋著。從形態(tài)學(xué)角度，角質(zhì)層是由毛鱗片組成，這些區(qū)域可以改變水滴的接觸角。特別是一些動(dòng)物的腿上呈現(xiàn)度的微毛，這種微毛叫作長(zhǎng)毛，表面被凹槽覆蓋，這種結(jié)構(gòu)可以使節(jié)肢動(dòng)面上漂浮。Gao 等[22]測(cè)量出水黽腿部的接觸角高達(dá) 167°。
【學(xué)位授予單位】：江蘇大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TQ171.1;TN249

【參考文獻(xiàn)】

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1 李青柳;劉銘;馬棟;王波;;有機(jī)氟硅烷對(duì)玻璃表面的浸潤(rùn)改性[J];中國(guó)表面工程;2014年03期

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本文編號(hào)：2668855