The method of controlling the springing direction of droplets based on the surface wetting gradient is to construct a surface free energy gradient on a uniformly structured surface, thereby controlling the springing direction of droplets from a region with high non-wettability to a region with low non-wettability. The control method of droplet bounce direction based on surface wetting gradient provided by the invention has the following advantages: simple operation, no strict requirement for matrix material, and low cost; the contact rebound time of droplet dynamic impact on surface in droplet impact experiment is shortened to 11.6 ms; droplets can bounce directionally from non-wettability high area to non-wettability low area, and fast. The prepared wetting gradient surfaces which can control the rebound direction of impinging droplets are of great practical significance for the industrial application of superhydrophobic surfaces.
【技术实现步骤摘要】
一种基于表面润湿梯度的液滴弹跳方向的控制方法
本专利技术属于金属材料表面处理
,具体涉及一种基于表面润湿梯度的液滴弹跳方向的控制方法。
技术介绍
表观接触角大于150°,滚动角小于10°的仿真超疏水表面在防水、自清洁、流体减阻、防结冰及防腐蚀等领域具有巨大的应用潜力,近年来受到了研究者们的重视。其中,材料表面上的撞击液滴与固体表面的接触行为包括接触时间、弹跳时的能量转化等,被认为是极其重要的,其直接决定了在实际应用条件下,固-液体之间的热量与能量转化程度。近年来,在减少固液接触时间、提高弹跳中的能量转化的基础上,研究者们还提出了控制超疏水表面上液滴弹跳方向的构想。材料表面上的定向弹跳是指:液滴在撞击表面或发生聚结引发的自弹跳行为时,会优先沿着设计的方向进行运动,这在微流体、控制冷凝液滴、油水分离和大气集水方面具有广泛的应用价值。目前,研究者们大多通过构建表面的润湿梯度来控制液滴的弹跳方向,而润湿梯度表面可分为通过形貌梯度和化学组成梯度的方法来构建。在专利CN106807608A中,专利技术者以刻蚀法在硅片上构建了形貌梯度,从而达到了控制液滴弹跳方向的目的。然而,这种方法制作相对困难,且基底材料的局限性较大。而在以化学组成梯度调控的润湿梯度材料方面,目前国内还缺乏系统的研究探索,也鲜有相关的文献及专利出现。因此,本专利技术将从化学组成梯度制备润湿梯度材料的思路出发,提出一种液滴弹跳方向的控制方法。开展材料表面液滴弹跳的方向控制研究具有重要的理论意义和实践作用,实现液滴弹跳按照预先设计的方向运动,对防结冰、冷凝液滴的收集等研究及实际应用具有重要意义。专利 ...
【技术保护点】
1.一种基于表面润湿梯度的液滴弹跳方向的控制方法,其特征在于,包括以下步骤:(1)利用线切割将基体材料加工成长方形样品块,并对所述长方形样品块进行抛光、清洗、干燥预处理,得到预处理后样品块;(2)利用微米结构加工技术在所述预处理后样品块表面构建初级微米级凹凸结构,之后采用纳米结构加工技术在已形成的所述初级微米级凹凸结构上构建一层纳米结构,制备得到具有微纳二级复合结构的样品块;(3)将所述具有微纳二级复合结构的样品块竖直地置于持续沸腾的含有低表面能物质的乙醇溶液上方进行表面润湿处理;之后将经过表面润湿处理后的样品块放入110‑120℃烘箱中干燥2小时,制备得到成品;(4)在所述成品表面进行液滴撞击实验,所述液滴表现为从非润湿性高的区域定向弹跳至非润湿性低的区域,显示出反弹定向运动特性。
【技术特征摘要】
1.一种基于表面润湿梯度的液滴弹跳方向的控制方法,其特征在于,包括以下步骤:(1)利用线切割将基体材料加工成长方形样品块,并对所述长方形样品块进行抛光、清洗、干燥预处理,得到预处理后样品块;(2)利用微米结构加工技术在所述预处理后样品块表面构建初级微米级凹凸结构,之后采用纳米结构加工技术在已形成的所述初级微米级凹凸结构上构建一层纳米结构,制备得到具有微纳二级复合结构的样品块;(3)将所述具有微纳二级复合结构的样品块竖直地置于持续沸腾的含有低表面能物质的乙醇溶液上方进行表面润湿处理;之后将经过表面润湿处理后的样品块放入110-120℃烘箱中干燥2小时,制备得到成品;(4)在所述成品表面进行液滴撞击实验,所述液滴表现为从非润湿性高的区域定向弹跳至非润湿性低的区域,显示出反弹定向运动特性。2.根据权利要求1所述的一种基于表面润湿梯度的液滴弹跳方向的控制方法,其特征在于,步骤(1)中所述基体材料为金属材料。3.根据权利要求2所述的一种基于表面润湿梯度的液滴弹跳方向的控制方法,其特征在于,所述金属材料为钛合金、铝合金、钴基合金、镁合金、不锈钢。4.根据权利要求2或3所述的一种基于表面润湿梯度的液滴弹跳方向的控制方法,其特征在于,步骤(1)中所述抛光、清洗、干燥预处理过程为采用金相砂纸或抛光布打磨所述长方形样品块表面,直至肉眼观察没有划痕为止,之后进行机械抛光直至金相显微镜观察没有划痕,之后将抛光的所述长方形样品块清洗、干燥,得到预处理后样品块。5.根据权利要求4所述的一种基于表面润湿梯度的液滴弹跳方向的控制方法,其特征在于,步骤(2)中所述微米结构加工技术为喷砂法或强酸刻蚀法;所述喷砂法控制压强为0.1~0.5MPa,喷砂时间为5~15s;所述强酸刻蚀法使用的强酸为质量百分比为10~20%的HCl水溶液,刻蚀时间为8~15h。6.根据权利要求5所述的一种基于表面润湿梯度的液滴弹跳方向的控制方法,其特征在于,步骤(2)中所述纳米结构加工技术为阳极氧化...
【专利技术属性】
技术研发人员:陶杰,沈一洲,卢阳,江家威,吴正维,
申请(专利权)人:南京航空航天大学,
类型:发明
国别省市:江苏,32
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