表面纳米结构制作及微结构流场观测

来源 :中国科学院研究生院 中国科学院大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:ziyi1965
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微尺流动滑移边界研究表明,当材料表面带有微/纳结构时,可以使表面滑移增强。这是因为液体在带有结构表面处于Cassie状态,降低了液固之间表面能,因此在管道内壁制作结构,使其产生Cassie状态成为减阻的一种新思路,但是Cassie/Wenzel状态的产生条件及不稳定性缺乏定量研究。本文从Cassie状态的稳定性出发,利用侧壁带结构的微管道测量了Cassie状态与临界压力Δpсr的关系,同时测量比较了Cassie状态和Wenzel状态的流场速度。   首先,尝试模板法制作PDMS纳米结构,利用磷酸溶液对AAO模板扩孔,通过spin-coating的办法在玻璃表面产生一层PDMS薄膜,在薄膜上制作了纳米结构。接触角测量显示,该表面最大接触角由光滑PDMS表面的102°增加至162°。由于纳米结构对光的散射导致表面透光性下降,此管道无法用于Cassie状态的直接观测。   随后,利用已有微结构模板制作微管道,在微流动可视化测量平台上观测了不同固体面积分数φs=0.237,0.428和0.677下的液气界面,得到了Cassie状态转变为Wenzel状态的临界压力Δрсr,与Laplace公式预测值相比,Δрсr偏大仅为10%。   最后,利用microPTV方法分别测量了φk=0.237的微管道在Cassie状态和Wenzel状态的速度场,结果显示Cassie状态下微结构附近(~1.5μm)的速度为光滑壁面速度理论值的1.59倍,而Wenzel状态下速度只有为理论值的0.84。
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