基于SU-8胶的疏水微结构阵列设计、制备与减阻性能研究

摘要

水下减阻是一个具有挑战性的研究领域，由于其巨大的军事价值和潜在的经济价值成为研究的热点，国内外关于减阻的研究已取得巨大的进步，但是如何制备减阻性能优良的表面仍然是研究的关键。本文以减阻为研究目标，研究将电解产生气泡的微空泡减阻与疏水表面减阻两种方式相结合的联合减阻方法，主要内容包括：
　　1．研究相关疏水的理论。首先，通过计算说明表面能与表面张力之间的关系；其次，简单介绍了经典疏水理论，从杨氏方程，到Wenzel模型以及Cassie模型；然后，对光滑表面上的液滴进行受力分析，并重点对处于Cassie态的液滴进行受力分析；最后，对影响滚动角大小的因素作简要分析。
　　2．研究SU-8负性光刻胶的工艺过程及参数。首先，分析SU-8光刻胶制作结构的优点，并给出选择SU-8制作疏水结构的原因；其次，研究在本实验室环境下制作SU-8微结构的工艺流程及工艺参数，并确定最终的工艺流程及参数值；然后，介绍SU-8微结构制作的几何形貌特征；最后，研究曝光时间与微结构尺寸的关系，并确定最佳曝光时间。
　　3．搭建接触角测试仪，确定接触角的测量方法，并分析所搭建接触角测试仪的误差来源；然后，对沟槽结构、伞形结构以及槐叶仿生疏水结构进行设计、制作，并测试样品的接触角。测试结果表明，所制作的样品表面都表现出优良的疏水性能，为制备减阻表面打下坚实的基础。
　　4．搭建阻力测试装置；然后，在电极层上制作疏水表面微结构并测试其减阻的效果。通过实验数据计算与分析，得出减阻率最高可达7.38％。实验结果表明，结合电解的疏水结构比纯疏水表面减阻效果好，证明了微空泡减阻与疏水减阻联合减阻的可行性。

目录

声明

第一章 绪 论

1.1 论文研究背景与意义

1.2 水下减阻国内外研究现状

1.3 疏水表面制备研究现状

1.4 论文主要研究内容

第二章 疏水理论与液滴力学分析

2.1 传统疏水理论

2.2 液滴力学分析

2.3 本章小结

第三章 SU-8胶倒梯形结构制备工艺研究

3.1 材料选择

3.2 SU-8制作工艺流程

3.3 SU-8的倒梯形结构

3.4 曝光时间对微结构尺寸的影响

3.5 本章小结

第四章 面向减阻的疏水结构阵列

4.1 接触角测试仪的搭建

4.2 凹角形沟槽疏水结构

4.3 伞形疏水结构

4.4 槐叶仿生疏水结构

4.5 接触角测量结果分析

4.6 本章小结

第五章 减阻实验

5.1 阻力测量实验装置搭建

5.2 减阻结构样品的制备

5.3 减阻表面样品的测试

5.3 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 全文总结

6.2 研究展望

致谢

参考文献

作者在学期间取得的学术成果