一种材料表面抗润湿性能的评估方法技术

本发明专利技术适用于材料表面润湿性测试技术领域，提供了一种材料表面抗润湿性能的评估方法，包括获得材料表面的宏观参数；将材料尺寸和材料表面的突起结构的尺寸进行等比例缩小，得到缩比材料参数；根据缩比材料参数进行建模，包括材料表面模型和撞击液滴模型；采用构建的材料表面模型和撞击液滴模型进行分子动力学模拟，得到模拟临界速度V1，根据以下公式计算材料表面的临界速度V：。本申请根据液滴完全渗透结构间隙时具有的微观力学平衡，通过分子动力学模拟方法从微观尺度过渡到宏观尺度，继而评估宏观材料结构表面的抗润湿性能，能够有效提高材料表面抗润湿性能评估的效率，极大地降低了评估成本以及评估周期。周期。周期。

【技术实现步骤摘要】
一种材料表面抗润湿性能的评估方法


[0001]本专利技术涉及材料表面润湿性测试
，尤其是涉及一种材料表面抗润湿性能的评估方法。

技术介绍

[0002]材料表面的抗润湿性能的评估方法大多采用试验验证，通过进行宏观试验对液滴撞击在材料结构表面后的撞击特性进行分析，例如测量液滴撞击表面后完全渗透结构缝隙的临界速度大小。
[0003]宏观试验评估表面的抗润湿性能步骤包括：根据所提出的结构排列方式制备试件，通过不同速度的液滴撞击在带有突起的结构试件表面，结合高速摄像机观察，提取液滴撞击在试件表面后刚好渗透结构间隙的临界速度，这个速度越大说明表面的抗液滴润湿性能更强。
[0004]这种方法由于需要进行大量试验，因此较为耗时耗力，如何提高试验效率是本领域技术人员急需解决的技术问题。

技术实现思路

[0005]为了解决现有技术的不足，本发申请提供一种材料表面抗润湿性能的评估方法，根据液滴完全渗透结构间隙时具有的微观力学平衡，通过分子动力学模拟方法从微观尺度过渡到宏观尺度，继而评估宏观材料结构表面的抗润湿性能，能够有效提高材料表面抗润湿性能评估的效率，极大地降低了评估成本以及评估周期。本申请是这样实现的：本申请提供一种材料表面抗润湿性能的评估方法，包括以下步骤：S10. 获得材料表面的宏观参数；所述宏观参数包括：突起结构的边长r；S20. 将材料尺寸和材料表面的突起结构的尺寸进行等比例缩小，得到缩比材料参数；所述缩比材料参数包括：突起结构的边长r1；S30. 根据步骤S20获得的缩比材料参数进行建模所述建模包括建立材料表面模型和撞击液滴模型；S40. 采用步骤S30所构建的材料表面模型和撞击液滴模型进行分子动力学模拟，得到模拟临界速度V1；S50. 根据以下公式计算材料表面的临界速度V：其中，P
WH
，P
D
，P
C
，P
L
分别为临界速度下液滴撞击在表面时的水锤压力，动态压力，毛细压力以及拉普拉斯压力；L和L1分别为宏观尺度下设定的撞击液滴的半径以及撞击液滴
模型建模时设定的撞击液滴的半径。
[0006]进一步地，步骤S20中，将材料尺寸和材料表面的突起结构的尺寸进行等比例缩小后，突起结构的尺寸为0.01
‑
100nm。
[0007]进一步地，所述宏观参数还包括：突起结构之间的间距d，突起结构的高度h，所述缩比材料参数还包括：突起结构之间的间距d1，突起结构的高度h1。
[0008]进一步地，步骤S20中将材料尺寸和材料表面的突起结构的尺寸进行等比例缩小时，所述突起结构的面积分数在缩比前后相等；所述突起结构的面积分数为：所有突起结构占据整个材料表面面积的百分比。
[0009]进一步地，所述宏观参数还包括：液滴在材料表面的静态接触角θ；所述液滴在材料表面的静态接触角θ在步骤S20中保持不变。
[0010]进一步地，撞击液滴模型建模时设定的撞击液滴的半径L1取值为50
‑
100nm。
[0011]进一步地，步骤S40包括：根据初始设置的撞击速度计算液滴撞击材料表面后的最大陷入深度D；若，则增大撞击速度；时，此时的撞击速度记为模拟临界速度V1；其中，D0为液滴在材料表面的初始高度。
[0012]进一步地，，，，，；其中，ρ是水的密度，k是水锤压力系数，C是水中的声速，γ是液滴的表面张力，θ是液滴在材料表面的静态接触角，是突起结构的面积分数。
[0013]进一步地，所述突起结构为圆柱时，边长为所述圆柱结构的直径。
[0014]采用以上任何一个技术方案，由于根据液滴完全渗透结构间隙时具有的微观力学平衡，通过分子动力学模拟方法从微观尺度过渡到宏观尺度，继而评估宏观材料结构表面的抗润湿性能，能够有效提高材料表面抗润湿性能评估的效率，极大地降低了评估成本以及评估周期。并且经过实验验证，采用本申请的以上任一个评估方法，所评估的结果与实验方法的评估结构相差甚小，说明本申请的评估方法对材料表面的抗润湿性能的评估是非常有效的。
附图说明
[0015]为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对本专利技术实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0016]图1是本申请实施例1所提供的一种材料表面抗润湿性能的评估方法的流程示意图；图2是本申请实施例1所涉及的材料表面的宏观参数示意图；图3是本申请实施例1所涉及的液滴撞击在材料表面达到最大深度D的示意图。
具体实施方式
[0017]以下的说明提供了许多不同的实施例、或是例子，用来实施本专利技术的不同特征。以下特定例子所描述的元件和排列方式，仅用来精简的表达本专利技术，其仅作为例子，而并非用以限制本专利技术。
[0018]现有技术中，对于材料表面的抗润湿性能的评估通常采用试验验证，即通过不同速度的液滴撞击在带有突起的结构试件表面，结合高速摄像机观察，提取液滴撞击在试件表面后刚好渗透结构间隙的临界速度，这个速度越大说明表面的抗液滴润湿性能更强。但是这种通过试验来评估的方式耗时耗力，得到的结果也不太准确。
[0019]因此，本申请提出一种从微观尺度过渡到宏观试验的方法，通过分子动力学模拟方法，结合液滴撞击表面后完全渗透空气间隙时的力学平衡模型，将模拟计算的结果直接应用到宏观材料结构的抗润湿性能评估之中。提高了材料表面抗润湿性能评估的效率，降低了评估成本以及评估周期。
[0020]值得说明的是，本申请是一种材料表面抗润湿性能的评估方法，本领域技术人员可以理解，抗润湿性能和润湿性能都是指材料表面亲疏水性能，因而，本申请也同样可用于评估材料表面的润湿性能。
[0021]实施例1一种材料表面抗润湿性能的评估方法，如图1所示，包括以下步骤：S10. 获得材料表面的宏观参数；所述宏观参数包括：突起结构的边长r，突起结构之间的间距d，突起结构的高度h，如图2所示；由于突起结构可以是柱形或圆柱形，当突起结构为圆柱形时，边长设定为所述圆柱结构的直径。
[0022]进一步地，根据以上宏观参数计算突起结构的面积分数：；也就是说，突起结构的面积分数为：所有突起结构占据整个材料表面面积的百分比；S20. 将材料尺寸和材料表面的突起结构的尺寸进行等比例缩小，得到缩比材料参数；所述缩比材料参数包括：突起结构的边长r1，突起结构之间的间距d1，突起结构的高度h1。
[0023]本领域技术人员可以理解，通常情况下，将材料尺寸和材料表面的突起结构的尺寸进行等比例缩小，是按照材料表面结构突起排列的方式，在xyz三个方向进行等比例缩小，为了便于后续进行建模和模拟计算，缩小后的材料参数优选为纳米级，也即是说，突起结构的尺寸为纳米级，优选为0.01
‑
100nm，更优选为1
‑
10nm，例如突起结构的边长r1，突本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种材料表面抗润湿性能的评估方法，其特征在于，包括以下步骤：S10. 获得材料表面的宏观参数；所述宏观参数包括：突起结构的边长r；S20. 将材料尺寸和材料表面的突起结构的尺寸进行等比例缩小，得到缩比材料参数；所述缩比材料参数包括：突起结构的边长r1；S30. 根据步骤S20获得的缩比材料参数进行建模；所述建模包括建立材料表面模型和撞击液滴模型；S40. 采用步骤S30所构建的材料表面模型和撞击液滴模型进行分子动力学模拟，得到模拟临界速度V1；S50. 根据以下公式计算材料表面的临界速度V：，其中，P
WH
，P
D
，P
C
，P
L
分别为临界速度下液滴撞击在表面时的水锤压力，动态压力，毛细压力以及拉普拉斯压力；L和L1分别为宏观尺度下设定的撞击液滴的半径以及撞击液滴模型建模时设定的撞击液滴的半径。2.根据权利要求1所述的一种材料表面抗润湿性能的评估方法，其特征在于，步骤S20中，将材料尺寸和材料表面的突起结构的尺寸进行等比例缩小后，突起结构的尺寸为0.01
‑
100nm。3.根据权利要求1所述的一种材料表面抗润湿性能的评估方法，其特征在于，所述宏观参数还包括：突起结构之间的间距d，突起结构的高度h，所述缩比材料参数还包括：突起结构之间的间距d1，突起结构的高度h1。4...

【专利技术属性】
技术研发人员：周志宏，吴主龙，崔少晗，田晓宝，熊华杰，王娜，
申请(专利权)人：四川大学，
类型：发明
国别省市：