铝基超疏水表面疏水性分析及抗冰霜特性研究

摘要

在金属表面上制备超疏水表面需同时具备粗糙结构和低表面能物质两个要素。本文选用生产生活中应用最为广泛的铝片作为基底，利用盐酸刻蚀在铝表面上得到微纳米混合粗糙结构，辅以不同低表面能物质修饰制得了铝基超疏水表面。制得的表面最高接触角达到159°，滚动角低至3.5°。
　　对固体表面的疏水性分析，往往也从粗糙结构和低表面能物质两个方面入手。在已有的研究基础上，本文重点关注了低表面能物质对疏水性的影响。通过对比分析用来修饰表面的低表面能物质，如本文所用的氟硅烷、月桂酸、聚四氟乙烯，发现材料表面的疏水性不仅与低表面能物质上的疏水基的本性有关，还与低表面能物质在固体表面的排列状态和紧密程度相关。
　　低温环境下，利用加湿器产生微米级“水雾”来模拟结霜条件，观测超疏水铝表面与普通铝表面上的结霜情况。实验发现，在温度高于-15℃时，超疏水铝表面能够推迟结霜30-60min，但其表面上的结霜量多于普通铝表面;温度低于-15℃后，两种表面同时出现霜晶，但超疏水表面上的结霜量显著低于普通表面上的结霜量。
　　本文还在-5℃和-10℃下进行了超疏水铝表面和普通铝表面上的结冰实验。利用喷雾瓶向两种表面间隔性地喷洒毫米级液滴，实验表明，超疏水铝表面上的结冰量一直低于普通铝表面。同时还发现，喷洒到超疏水铝表面上的水呈液滴状，难以冻结;而喷洒到普通铝表面上的水迅速铺展成一层水膜，低温下快速冻结。
　　为比较两种不同表面除冰的难易程度，本文还进行了冰块附着力测试实验。-20℃下，将超疏水铝片和普通铝片都放入圆柱形模具内，注入相同水量，冻结2h。将两片铝片从模具中取出后，夹在离心装置上，测试冰块从铝片表面脱离时的离心力，即冰块在铝片上的附着力。实验结果显示，冰块在超疏水铝表面上的附着力仅为普通铝表面上的1/3。