规则微观结构粗糙表面浸润性研究.pdf

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1、·142·材料导报B：研究篇2013年7月(下)第27卷第7期规则微观结构粗糙表面浸润性研究吉肖，贾志海，蔡小舒(上海理工大学颗粒与两相流测量研究所，上海2O0O93)摘要制作了4组具有不同规则微观结构、粗糙度为l_2～2．0的粗糙表面，并测量了各个粗糙表面的表观接触角。而后将各组粗糙表面的接触角测量值与Wenzel模型预测值和Cassie模型预测值进行比较，分析了影响各个粗糙表面浸润特性的因素。发现孔状微观结构的粗糙表面与柱状微观结构的粗糙表面的浸润性有很大区别，不同的微观结构导致液体侵入微结构内部程度的不同是引起此区别的主要原因，进而针对这两种不同微观结构的粗糙表面提出了新的预测

2、值计算公式。关键词粗糙表面浸润性表观接触角中图分类号：O647．5文献标识码：AStudyontheWettingBehaviorofRoughSurfaceswithRegularMicrostructuresJIXiao，JIAZhihai，CAIXiaoshu(InstituteofParticleandTwo-phaseFlowMeasurement，UniversityofShanghaiforScienceandTechnology，Shanghai200093)AbstractFourgroupsofroughsurfaceswithregularmicrostruct

3、uresweremade．Eachgroupincludedninepiecesofsurfacewithroughnessfrom1．2to2．0．Theapparentcontactangles(CA)weremeasuredandcomparedwiththeoretica1valuescalculatedbvWerlgelmodelandCassiemodeltofindouttheelementswhichaffectthewettingbehaviorofeachroughsurface．ItiSdiscoveredthatdifferenceofextentwhichl

4、iquidintrudesintomicrostrueturesiSthemainreasonwhichcausesthedifferentwettingbehaviors．AnewpredictorformulahasbeengivenOutontheseroughsurfaceswithtwokindsofdifferentmicrostructures．Keywordsroughsurface，wettingbehavior，apparentcontactangle超疏水表面具有自洁性[1]、防污性l2]、疏水性_3等特性，浸润特性与现实情况有较大出入。陈晓玲等I】3]认为粗糙

5、表应用于金属材料，可以起到自清洁_4]、防止表面腐蚀的作面的润湿性可以由液滴在投影面上与固、液、气三相接触的用；应用于金属管道内壁_6]，可以降低与水流之间的摩擦面积比来衡量，提出了一种新的液滴表观接触角的计算方阻力，Navier提出的壁面滑移模型解释了疏水表面减阻机程，然而由新的计算方程得到的接触角范围过宽。潘光等[1]制。许多研究者采用不同的方法进行实验E]，试图探索减分析了微观结构的几何参数对表观接触角的影响，但分析模阻与滑移长度、表面能以及表面粗糙度的关系，但未达成统型仍旧采用的经典Wenzel模型及Cassie模型。这两种模型一的认识。因此对于超疏水材料浸润特性的研究有助于

6、寻可以进行定性分析，但定量分析时就具有较大的误差。本实找减轻汽轮机多相流流场中二次水滴对叶片侵蚀的解决方验设计并加工了4组具有不同规则微观结构的粗糙表面，研法。究其浸润特性并试图提出新的表观接触角预测公式。这4材料的浸润特性常用表观接触角进行表征，公认的超疏种微观结构分别为圆柱、圆孔、方柱和方孔。水材料定义是接触角大于150。，而本征接触角大于150。的材1超疏水表面浸润性理论料在自然界不存在。Barthlottl1叩和Neinhuis[1通过观察具有超疏水自清洁特征植物叶表面的微观结构，发现超疏水特1．1理想光滑表面的浸润特性理论性是由粗糙表面上微米结构的乳突以及表面蜡状物共同引关

7、于固体表面浸润性的研究最早可以追溯到1805年，起的。因此要获得超疏水材料必须同时满足两个条件：材料Young等提出的著名的YoungS方程成为人们研究固一液润表面能低以及一定的粗糙度。Onda等Ⅲ1利用分形理论将粗湿作用的基础。该方程的应用条件是理想表面，即固体表面糙表面的接触角公式进行了变换，然而分形结构模型的粗糙是组成均匀、平滑、不变形和各向同性的，而真实固体表面是度是非常大的，甚至接近于无穷大，因此由分形理论得到的具有一定粗糙度的。*国家自然科学基