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1、·142·材料導(dǎo)報(bào)B：研究篇2013年7月(下)第27卷第7期規(guī)則微觀結(jié)構(gòu)粗糙表面浸潤性研究吉肖，賈志海，蔡小舒(上海理工大學(xué)顆粒與兩相流測量研究所，上海2O0O93)摘要制作了4組具有不同規(guī)則微觀結(jié)構(gòu)、粗糙度為l_2～2．0的粗糙表面，并測量了各個(gè)粗糙表面的表觀接觸角。而后將各組粗糙表面的接觸角測量值與Wenzel模型預(yù)測值和Cassie模型預(yù)測值進(jìn)行比較，分析了影響各個(gè)粗糙表面浸潤特性的因素。發(fā)現(xiàn)孔狀微觀結(jié)構(gòu)的粗糙表面與柱狀微觀結(jié)構(gòu)的粗糙表面的浸潤性有很大區(qū)別，不同的微觀結(jié)構(gòu)導(dǎo)致液體侵入微結(jié)構(gòu)內(nèi)部程度的不同是引起此區(qū)別的主要原因，進(jìn)而針對這兩種不同微觀結(jié)構(gòu)的粗糙表面提出了新的預(yù)測
2、值計(jì)算公式。關(guān)鍵詞粗糙表面浸潤性表觀接觸角中圖分類號(hào)：O647．5文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：AStudyontheWettingBehaviorofRoughSurfaceswithRegularMicrostructuresJIXiao，JIAZhihai，CAIXiaoshu(InstituteofParticleandTwo-phaseFlowMeasurement，UniversityofShanghaiforScienceandTechnology，Shanghai200093)AbstractFourgroupsofroughsurfaceswithregularmicrostruct
3、uresweremade．Eachgroupincludedninepiecesofsurfacewithroughnessfrom1．2to2．0．Theapparentcontactangles(CA)weremeasuredandcomparedwiththeoretica1valuescalculatedbvWerlgelmodelandCassiemodeltofindouttheelementswhichaffectthewettingbehaviorofeachroughsurface．ItiSdiscoveredthatdifferenceofextentwhichl
4、iquidintrudesintomicrostrueturesiSthemainreasonwhichcausesthedifferentwettingbehaviors．AnewpredictorformulahasbeengivenOutontheseroughsurfaceswithtwokindsofdifferentmicrostructures．Keywordsroughsurface，wettingbehavior，apparentcontactangle超疏水表面具有自潔性[1]、防污性l2]、疏水性_3等特性，浸潤特性與現(xiàn)實(shí)情況有較大出入。陳曉玲等I】3]認(rèn)為粗糙
5、表應(yīng)用于金屬材料，可以起到自清潔_4]、防止表面腐蝕的作面的潤濕性可以由液滴在投影面上與固、液、氣三相接觸的用；應(yīng)用于金屬管道內(nèi)壁_6]，可以降低與水流之間的摩擦面積比來衡量，提出了一種新的液滴表觀接觸角的計(jì)算方阻力，Navier提出的壁面滑移模型解釋了疏水表面減阻機(jī)程，然而由新的計(jì)算方程得到的接觸角范圍過寬。潘光等[1]制。許多研究者采用不同的方法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)E]，試圖探索減分析了微觀結(jié)構(gòu)的幾何參數(shù)對表觀接觸角的影響，但分析模阻與滑移長度、表面能以及表面粗糙度的關(guān)系，但未達(dá)成統(tǒng)型仍舊采用的經(jīng)典Wenzel模型及Cassie模型。這兩種模型一的認(rèn)識(shí)。因此對于超疏水材料浸潤特性的研究有助于
6、尋可以進(jìn)行定性分析，但定量分析時(shí)就具有較大的誤差。本實(shí)找減輕汽輪機(jī)多相流流場中二次水滴對葉片侵蝕的解決方驗(yàn)設(shè)計(jì)并加工了4組具有不同規(guī)則微觀結(jié)構(gòu)的粗糙表面，研法。究其浸潤特性并試圖提出新的表觀接觸角預(yù)測公式。這4材料的浸潤特性常用表觀接觸角進(jìn)行表征，公認(rèn)的超疏種微觀結(jié)構(gòu)分別為圓柱、圓孔、方柱和方孔。水材料定義是接觸角大于150。，而本征接觸角大于150。的材1超疏水表面浸潤性理論料在自然界不存在。Barthlottl1叩和Neinhuis[1通過觀察具有超疏水自清潔特征植物葉表面的微觀結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)超疏水特1．1理想光滑表面的浸潤特性理論性是由粗糙表面上微米結(jié)構(gòu)的乳突以及表面蠟狀物共同引關(guān)
7、于固體表面浸潤性的研究最早可以追溯到1805年，起的。因此要獲得超疏水材料必須同時(shí)滿足兩個(gè)條件：材料Young等提出的著名的YoungS方程成為人們研究固一液潤表面能低以及一定的粗糙度。Onda等Ⅲ1利用分形理論將粗濕作用的基礎(chǔ)。該方程的應(yīng)用條件是理想表面，即固體表面糙表面的接觸角公式進(jìn)行了變換，然而分形結(jié)構(gòu)模型的粗糙是組成均勻、平滑、不變形和各向同性的，而真實(shí)固體表面是度是非常大的，甚至接近于無窮大，因此由分形理論得到的具有一定粗糙度的。*國家自然科學(xué)基
