一种基于反电润湿效应的油污表面自清洁装置和方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于反电润湿效应的油污表面自清洁装置和方法，该装置包括：通过导线连接的自清洁环境装置和调节电源；其中，自清洁环境装置，包括：流体腔、油污薄膜表面、介电材料层、基底金属和低导电率流体；低导电率流体盛装于流体腔之内，作为油污薄膜表面自清洁过程的操作环境；介电材料层喷涂于基底金属外表面，将基底金属完全包裹；油污薄膜表面紧密贴合在介电材料层的外表面。本发明专利技术以介电润湿效应为基础，将需要进行处理的油污薄膜表面置于低导电率流体之中，在油污薄膜表面形成液‑液接触角，通过施加外加电压，使油膜侧的接触角快速增大，当瞬态接触角达到180度后，在动态能的驱动下脱离油污薄膜表面，从而实油污表面的自清洁。

A self-cleaning device and method for oil contaminated surface based on anti electric wetting effect

【技术实现步骤摘要】
一种基于反电润湿效应的油污表面自清洁装置和方法
本专利技术属于流体控制与管理
，尤其涉及一种基于反电润湿效应的油污表面自清洁装置和方法。
技术介绍
薄膜层表面油滴或油膜的自清洁是一项难题，许多薄膜表面有较好的亲油性，污染后油膜完成铺开，形成的接触角几乎为零度，因此很难用常规物理清洗的方法将油污完全冲洗干净。且通过外在作用力(比如物理冲洗、化学试剂清洁)清洗薄膜表面也会带来许多新的问题，比如，物理清洁过程容易破坏薄膜层，化学试剂法容易改变薄膜表面的性质特征。因此，传统的清洁手段，对于贵重薄膜表面，或具有微结构的薄膜表面，均有较大局限性。
技术实现思路
本专利技术的技术解决问题：克服现有技术的不足，提供一种基于反电润湿效应的油污表面自清洁装置和方法，以介电润湿效应为基础，将需要进行处理的油污薄膜表面置于低导电率流体之中，在油污薄膜表面形成液-液接触角，通过施加外加电压，使油膜侧的接触角快速增大，当瞬态接触角达到180度后，在动态能的驱动下脱离油污薄膜表面，从而实油污表面的自清洁。为了解决上述技术问题，本专利技术公开了一种基于反电润湿效应的油污表面自清洁装置，包括：通过导线连接的自清洁环境装置和调节电源；其中，自清洁环境装置，包括：流体腔、油污薄膜表面、介电材料层、基底金属和低导电率流体；低导电率流体盛装于流体腔之内，作为油污薄膜表面自清洁过程的操作环境；介电材料层喷涂于基底金属外表面，将基底金属完全包裹；油污薄膜表面紧密贴合在介电材料层的外表面。在上述基于反电润湿效应的油污表面自清洁装置中，还包括：正极接线端子和负极接线端子；正极接线端子悬置于低导电率流体之中，通过导线与调节电源的输出正端连接；负极接线端子设置在基底金属的一侧端，通过导线与调节电源的输出负端连接。在上述基于反电润湿效应的油污表面自清洁装置中，还包括：断路开关；断路开关设置在用于连接正极接线端子与调节电源的输出正端的导线上。在上述基于反电润湿效应的油污表面自清洁装置中，置于低导电率流体之中的负极接线端子和导线均采用绝缘包覆结构。在上述基于反电润湿效应的油污表面自清洁装置中，低导电率流体与油污薄膜表面上携带的油膜不互溶。在上述基于反电润湿效应的油污表面自清洁装置中，低导电率流体密度大于油污薄膜表面上携带的油膜的密度。在上述基于反电润湿效应的油污表面自清洁装置中，还包括：交流电源；交流电源接入调节电源的输入端，并通过调节电源的输出端输出直流可调节电压或交流可调节电压。在上述基于反电润湿效应的油污表面自清洁装置中，调节电源的输出电压阈值V满足：其中，σ表示油膜与低导电率流体之间的界面张力，d表示介电材料层的厚度，ε表示介电材料层的介电常数，ε0表示真空介电常数，θ0表示油膜在油污表面的初始接触角；C表示电材料层的介电强度。在上述基于反电润湿效应的油污表面自清洁装置中，当油污薄膜表面所施电压大于输出电压阈值V时，接触性的快速移动和接触角的快速增加引起油污薄膜表面上的油膜收缩，在动态能及惯性作用，使得油膜完全收缩成独立油滴，并在薄膜表面弹起。本专利技术还公开了一种基于反电润湿效应的油污表面自清洁方法，包括：搭建自清洁环境装置；通过导线将自清洁环境装置与调节电源连接；其中，通过如下步骤搭建自清洁环境装置：将低导电率流体盛装于流体腔之内，作为油污薄膜表面自清洁过程的操作环境；在基底金属外表面喷涂介电材料层，将基底金属完全包裹；将油污薄膜表面与介电材料层的外表面紧密贴合，并共同置于低导电率流体之中。本专利技术具有以下优点：(1)本专利技术公开了一种基于反电润湿效应的油污表面自清洁方案，以介电润湿效应为基础，将需要进行处理的油污薄膜表面置于低导电率流体之中，在油污薄膜表面形成液-液接触角，通过施加外加电压，使油膜侧的接触角快速增大，当瞬态接触角达到180度后，在动态能的驱动下脱离油污薄膜表面，从而实油污表面的自清洁。(2)本专利技术公开了一种基于反电润湿效应的油污表面自清洁方案，结构简单，操作方便，通过介电材料将金属基底层完全包裹，同时金属基底层和在环境流体内的导线也由绝缘皮包覆，防止了在正负极表面及金属基底上电解和氧化的发生，使反电润湿过程具有很好的稳定性和可持续性。(3)本专利技术公开了一种基于反电润湿效应的油污表面自清洁方案，可通过设计合理的低导电率流体，改变环境流体的离子浓度和导电特征，使反电润湿效应在最大限度内发生作用；通过选择合理的介电质材料和涂层厚度，能够最大限度地降低有效操作电压，杜绝表面击穿和介电效应失效等问题。(4)本专利技术公开了一种基于反电润湿效应的油污表面自清洁方案，操作范围广，对于不同密度、粘度、大小的油污类型，均能通过选择合理的环境流体，改变相界面张力和初始接触角，使操作电压在可控的范围内，快速完成油污的清洁过程。附图说明图1是本专利技术实施例中一种基于反电润湿效应的油污表面自清洁装置的结构示意图；图2是本专利技术实施例中一种施加电压后，油污薄膜表面的油膜形态变化及脱离过程的实施效果示意图；图3是本专利技术实施例中一种油污薄膜表面的油膜初始接触角变化的实施效果示意图。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本专利技术公开的实施方式作进一步详细描述。实施例1如图1，在本实施例中，该基于反电润湿效应的油污表面自清洁装置，包括：通过导线连接的自清洁环境装置和调节电源9。其中，自清洁环境装置，包括：流体腔1、油污薄膜表面2、介电材料层3、基底金属4和低导电率流体6。优选的，低导电率流体6盛装于流体腔1之内，作为油污薄膜表面2自清洁过程的工作环境流体；介电材料层3喷涂于基底金属4外表面，将基底金属4完全包裹；油污薄膜表面2紧密贴合在介电材料层3的外表面。可见，本专利技术以介电润湿效应为基础，将需要进行处理的油污薄膜表面置于低导电率流体之中，在油污薄膜表面形成液-液接触角，通过施加外加电压，使油膜侧的接触角快速增大，当瞬态接触角达到180度后，在动态能的驱动下脱离油污薄膜表面，从而实油污表面的自清洁。实施例2如图1，该基于反电润湿效应的油污表面自清洁装置，还包括：正极接线端子7和负极接线端子8。其中，正极接线端子7悬置于低导电率流体6之中，通过导线与调节电源9的输出正端连接；负极接线端子8设置在基底金属4的一侧端，通过导线与调节电源9的输出负端连接。优选的，置于低导电率流体6之中的负极接线端子8和导线均采用绝缘包覆结构，防止了在正负极表面及金属基底上电解和氧化的发生，使反电润湿过程具有很好的稳定性和可持续性。优选的，用于连接正极接线端子7与调节电源9的输出正端的导线上还设置有断路开关11，可以控制整个油污表面自清洁装置的通断，在出现异常时可及时断电，安全可靠。在本专利技术的一优选实施例中，该基于反电润湿效应本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于反电润湿效应的油污表面自清洁装置，其特征在于，包括：通过导线连接的自清洁环境装置和调节电源(9)；其中，自清洁环境装置，包括：流体腔(1)、油污薄膜表面(2)、介电材料层(3)、基底金属(4)和低导电率流体(6)；/n低导电率流体(6)盛装于流体腔(1)之内，作为油污薄膜表面(2)自清洁过程的操作环境；/n介电材料层(3)喷涂于基底金属(4)外表面，将基底金属(4)完全包裹；/n油污薄膜表面(2)紧密贴合在介电材料层(3)的外表面。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于反电润湿效应的油污表面自清洁装置，其特征在于，包括：通过导线连接的自清洁环境装置和调节电源(9)；其中，自清洁环境装置，包括：流体腔(1)、油污薄膜表面(2)、介电材料层(3)、基底金属(4)和低导电率流体(6)；
低导电率流体(6)盛装于流体腔(1)之内，作为油污薄膜表面(2)自清洁过程的操作环境；
介电材料层(3)喷涂于基底金属(4)外表面，将基底金属(4)完全包裹；
油污薄膜表面(2)紧密贴合在介电材料层(3)的外表面。


2.根据权利要求1所述的基于反电润湿效应的油污表面自清洁装置，其特征在于，还包括：正极接线端子(7)和负极接线端子(8)；
正极接线端子(7)悬置于低导电率流体(6)之中，通过导线与调节电源(9)的输出正端连接；
负极接线端子(8)设置在基底金属(4)的一侧端，通过导线与调节电源(9)的输出负端连接。


3.根据权利要求2所述的基于反电润湿效应的油污表面自清洁装置，其特征在于，还包括：断路开关(11)；
断路开关(11)设置在用于连接正极接线端子(7)与调节电源(9)的输出正端的导线上。


4.根据权利要求2所述的基于反电润湿效应的油污表面自清洁装置，其特征在于，置于低导电率流体(6)之中的负极接线端子(8)和导线均采用绝缘包覆结构。


5.根据权利要求1所述的基于反电润湿效应的油污表面自清洁装置，其特征在于，低导电率流体(6)与油污薄膜表面(2)上携带的油膜(5)不互溶。


6.根据权利要求1所述的基于反电润湿效应的油污表面自清洁装置，其特征在于，低导电率流体(6)...

【专利技术属性】
技术研发人员：王庆功，翁宁，王超，姚伟，
申请(专利权)人：中国空间技术研究院，
类型：发明
国别省市：北京;11