超疏水材料表面具有防霧、自清潔、抗腐蝕、抗結(jié)冰、抗微生物附著和減阻等優(yōu)良性能,可廣泛應(yīng)用于印刷、建筑、醫(yī)療、國防工業(yè)、石油等行業(yè),然而快速制備超疏水表面仍存在問題。本文運用納秒激光加工鋁板制備超疏水表面,研究不同氣氛下納秒激光加工鋁板表面浸潤性機制,具體內(nèi)容如下:第一,研究了納秒激光在空氣中加工鋁板表面時不同能量密度、時效溫度以及時效時間對其浸潤性的影響規(guī)律,結(jié)果表明:當能量密度為6-24.5J/cm~2時,隨著能量密度的增加鋁板表面粗糙度增大,能量密度為24.5J/cm~2時鋁板表面粗糙度最大達8.28μm;隨著能量密度的增加,鋁板表面接觸角減小。當時效溫度為50-150℃時,隨著時效溫度的增加鋁板表面粗糙度變化不大,鋁板表面接觸角增加。在相同激光能量密度及時效溫度下,隨著時效時間的增加,鋁板表面粗糙度變化不大,鋁板表面接觸角增大。第二,研究了納秒激光在輔助氣氛(氦氣、氧氣、氬氣、二氧化碳)下加工鋁板表面時不同時效時間對其浸潤性的影響規(guī)律,結(jié)果表明:當激光能量密度為10.2J/cm~2,時效溫度為100℃時,隨著時效時間的增加鋁板表面粗糙度和接觸角均增大。不同輔助氣氛下對鋁板表面粗糙的變化規(guī)律為:Ra(_(He))Ra(_(Air))Ra(_(O2))R(Ar)Ra(CO_2)。通過元素分析法對輔助氣氛下激光加工鋁板表面微觀組織結(jié)構(gòu)進行分析,結(jié)果表明:在恒溫時效處理后,鋁板表面碳含量變化規(guī)律為C(_(He))C(_(Air))C(_(O2))C(_(Ar))C(_(CO2))。時效處理可以加速其表面有機物的吸附,導致其表面浸潤性快速地完成由親水到超疏水狀態(tài)的轉(zhuǎn)變。不同輔助氣氛下激光激光加工后的微納結(jié)構(gòu)(納米級絮狀結(jié)構(gòu))會影響鋁板表面對有機物的吸附,其中CO_2氣氛下的鋁板面吸附的有機物最多,達到超疏水所需要的恒溫時效時間最短(10h以內(nèi))。
【學位單位】：湖北工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2018
【中圖分類】：TG665
【部分圖文】：

圖 1.1 飛秒激光在流動的 He 下誘導鋁表面微結(jié)構(gòu)。（a）為飛秒激光（7J/cm2，10mm/s）加工鋁表面；（b）氦氣流帶走的淺色碎屑重新沉積在相鄰的表面；（c）氦帶走的一些微米尺寸的表面碎片2010 年，袁春華等人[32]利用飛秒激光脈沖對單晶硅在 SF6、空氣和真空環(huán)境中進行了刻蝕，硅表面產(chǎn)生了準規(guī)則排列且具有大縱橫比的錐形尖峰結(jié)構(gòu)，如圖1.2 所示，研究發(fā)現(xiàn)在 SF6、空氣和真空環(huán)境形成的微結(jié)構(gòu)中尖峰的數(shù)密度和高度依次減小，結(jié)果表明激光波長和環(huán)境氣氛對微結(jié)構(gòu)的形成起著決定性作用，且激光輔助化學刻蝕的效率不同。

硅表面產(chǎn)生了準規(guī)則排列且具有大縱橫比的錐形尖峰結(jié)構(gòu)，如圖1.2 所示，研究發(fā)現(xiàn)在 SF6、空氣和真空環(huán)境形成的微結(jié)構(gòu)中尖峰的數(shù)密度和高度依次減小，結(jié)果表明激光波長和環(huán)境氣氛對微結(jié)構(gòu)的形成起著決定性作用，且激光輔助化學刻蝕的效率不同。圖 1.2 不同環(huán)境、不同激光脈沖次數(shù)（N）作用下飛秒激光誘導硅表面形貌對比2014 年，Jorge Lehr 等人[33]使用飛秒激光分別在 O2、N2和 He 中對鈦表面進行了微加工，研究發(fā)現(xiàn)在 O2下激光加工的鈦表面微結(jié)構(gòu)最為均勻，如圖 1.3 所示。實驗發(fā)現(xiàn)實際表面結(jié)構(gòu)隨氣體環(huán)境而變化很大，這是由于氣體環(huán)境的光學性質(zhì)在激光作用下轉(zhuǎn)變?yōu)楦飨虍愋裕瑢е旅}沖強度在激光束的整個橫截面上重新分布

1.3 不同氣氛環(huán)境、不同功率密度作用下飛秒激光誘導鈦表年，Li Y 等人[34]使用波長為 10.64μm 的 CO2激光器分別對Ar、H2）的石墨烯進行了誘導輻射，得到的微觀形貌及接發(fā)現(xiàn)當使用 O2或 Air 作為加工環(huán)境時，激光誘導的石墨烯 0°，表現(xiàn)出超親水性；使用 Ar 或 H2時，其表面接觸角水性。研究表明，不同氣氛下激光誘導石墨烯的表面形態(tài)造成不同潤濕性的主要原因。
【參考文獻】

相關(guān)期刊論文 前3條

1 李西營;李萌萌;師兵;高麗;劉勇;楊浩;毛立群;;層層自組裝制備透明超疏水表面[J];廣州化工;2013年22期

2 袁春華;李曉紅;唐多昌;楊宏道;李國強;;不同氣氛下飛秒激光誘導硅表面微結(jié)構(gòu)[J];強激光與粒子束;2010年11期

3 盧思;姚朝暉;郝鵬飛;傅承誦;;具有微納結(jié)構(gòu)超疏水表面的槽道減阻特性研究[J];中國科學:物理學 力學 天文學;2010年07期

本文編號：2857619