超疏水材料表面冷凝液滴自移除及液滴尺寸分布规律

摘要

目的优化电化学沉积法制备氢氧化铜纳米结构的实验参数,探究不同润湿性表面冷凝液滴尺寸分布规律。方法采用正交试验法,综合考虑电解液浓度、反应温度、极化时间、电流密度对接触角的影响,并通过SEM分析其表面形貌。同时,基于MATLAB软件,提出一种能快速精确识别、提取并统计冷凝液滴特征值的图像处理方法。结果正交试验最优参数为浓度0.5mol/L、温度5℃、时间2000s、电流密度4 mA/cm^2,此时样品表面接触角高达168.8°,滚动角小于3°。冷凝实验结果显示,在超疏水表面,冷凝液滴会频繁的合并自移除,液滴平均粒径最小,粒径在1~10μm范围内的液滴占比维持在50%左右;而在疏水与亲水样表面,冷凝液滴仅能发生合并现象,液滴平均粒径显著增大;冷凝后期,超疏水、疏水与亲水样表面冷凝液滴密度分别稳定在2000、1000、360 mm-2左右。结论纳米针结构能最大限度地降低固液接触面积,降低冷凝液滴粘附力,提高冷凝液滴合并自移除频率,减少冷凝液滴直径,提高冷凝液滴更新率,有望实现高效冷凝传热。同时通过与Image-J图像处理结果比对,验证了该冷凝液滴尺寸分布图像处理方法的可行性。