刘前凯,张杰,孙鹏程,王建平,赵威,杨吟飞,赵国龙,陈妮,李亮,何宁,郝秀清.梯度润湿性图案化表面的制备及其输运性能研究[J].表面技术,2023,52(10):295-303.
LIU Qian-kai,ZHANG Jie,SUN Peng-cheng,WANG Jian-ping,ZHAO Wei,YANG Yin-fei,ZHAO Guo-long,CHEN Ni,LI Liang,HE Ning,HAO Xiu-qing.Fabrication of Gradient Wetting Patterned Surface and Its Performance in Transportation[J].Surface Technology,2023,52(10):295-303
梯度润湿性图案化表面的制备及其输运性能研究
Fabrication of Gradient Wetting Patterned Surface and Its Performance in Transportation
投稿时间:2022-10-23  修订日期:2022-12-27
DOI:10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2023.10.025
中文关键词:  纳秒激光  梯度疏水基底  箭形亲水图案  输运距离  润湿性  定向输运
英文关键词:nanosecond laser  gradient hydrophobic substrate  arrow-shaped patterned surface  transportation distance  wettability  directional transportation
基金项目:江苏省自然科学基金优秀青年基金(BK20190066);国家自然科学基金(51875285);中央高校基本科研业务费(NE2020005);霍英东教育基金会高校青年教师基金(20193218210002,171045)
作者单位
刘前凯 南京航空航天大学 机电学院,南京 210016 
张杰 南京航空航天大学 机电学院,南京 210016 
孙鹏程 南京航空航天大学 机电学院,南京 210016;香港城市大学 机械工程系,香港 999077 
王建平 南京航空航天大学 机电学院,南京 210016 
赵威 南京航空航天大学 机电学院,南京 210016 
杨吟飞 南京航空航天大学 机电学院,南京 210016 
赵国龙 南京航空航天大学 机电学院,南京 210016 
陈妮 南京航空航天大学 机电学院,南京 210016 
李亮 南京航空航天大学 机电学院,南京 210016 
何宁 南京航空航天大学 机电学院,南京 210016 
郝秀清 南京航空航天大学 机电学院,南京 210016 
AuthorInstitution
LIU Qian-kai College of Mechanical and Electrical Engineering, Nanjing University of Aeronautics & Astronautics, Nanjing 210016, China 
ZHANG Jie College of Mechanical and Electrical Engineering, Nanjing University of Aeronautics & Astronautics, Nanjing 210016, China 
SUN Peng-cheng College of Mechanical and Electrical Engineering, Nanjing University of Aeronautics & Astronautics, Nanjing 210016, China;Department of Mechanical Engineering, City University of Hong Kong, Hong Kong 999077, China 
WANG Jian-ping College of Mechanical and Electrical Engineering, Nanjing University of Aeronautics & Astronautics, Nanjing 210016, China 
ZHAO Wei College of Mechanical and Electrical Engineering, Nanjing University of Aeronautics & Astronautics, Nanjing 210016, China 
YANG Yin-fei College of Mechanical and Electrical Engineering, Nanjing University of Aeronautics & Astronautics, Nanjing 210016, China 
ZHAO Guo-long College of Mechanical and Electrical Engineering, Nanjing University of Aeronautics & Astronautics, Nanjing 210016, China 
CHEN Ni College of Mechanical and Electrical Engineering, Nanjing University of Aeronautics & Astronautics, Nanjing 210016, China 
LI Liang College of Mechanical and Electrical Engineering, Nanjing University of Aeronautics & Astronautics, Nanjing 210016, China 
HE Ning College of Mechanical and Electrical Engineering, Nanjing University of Aeronautics & Astronautics, Nanjing 210016, China 
HAO Xiu-qing College of Mechanical and Electrical Engineering, Nanjing University of Aeronautics & Astronautics, Nanjing 210016, China 
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中文摘要:
      目的 针对液体输运距离短、速度慢等问题,提出一种基于梯度疏水基底的箭形图案化表面,该表面能有效改善液滴的输运性能。方法 对铝合金表面依次进行预处理、激光加工基底、低表面能改性处理和激光加工箭形亲水图案,得到具有良好输运性能的图案化表面。深入研究激光扫描速度对铝合金表面形貌和润湿性的影响。结果 随着激光扫描速度的提高,表面微结构由“微纳分层结构”逐渐变为“亚微米结构”,铝合金表面的粗糙度逐渐变小,导致表面静态接触角由150°左右降至107°左右,动态接触状态由滚动状态变为钉扎状态。另外,随着扫描速度的增加,基底表面O的质量分数从11.2%降至7.7%,F的质量分数从17.6%降至10.6%,表明表面氧化物减少,导致表面对含F有机物的吸附能力减弱,进而导致表面疏水性降低。液滴在基于梯度疏水基底的箭形图案化表面上的输运距离可达到61 mm,相较于均匀疏水基底,提高了34%。结论 采用梯度激光扫描速度和低表面能处理可简单、快速地获得梯度疏水基底,相较于基于均匀疏水基底的图案化表面,液滴在基于梯度疏水基底的图案化表面上的输运性能得到显著提高,液滴自发、定向和高性能的输运在水收集装置、传热设备等方面具有广阔的应用前景。
英文摘要:
      Spontaneous transportation of liquid on wetting pattern has promising applications in water-harvesting devices, heat transfer equipment, etc. However, the technology is limited due to the expensive and complex processing techniques, and weak transportation capacities. An arrow-shaped patterned surface based on a gradient hydrophobic substrate is proposed to address the problems of short transportation distance and slow speed, which can effectively improve liquid transportation performance.
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