三级微纳超疏水表面的超快激光复合制备及防除冰性能研究

• 作者: 潘瑞 张红军 钟敏霖
• 来源期刊: 中国激光
• 关键词: 激光技术 超快激光 超疏水表面 多级微纳结构 防结冰 疏冰
• 年，卷（期）: 2021,（2）
• 所属期刊栏目: 课题三 航空关键构件的微纳米功能表面超快激光制造|Task 3 Ultrafast Laser Fabricating of Micronano Functional Surfaces for Aeronautical Key Components
• 页码范围: 115-126
• 页数: 12页
• 分类号: V261.8
• 语种: 中文
• DOI: 10.3788/CJL202148.0202009

摘要

本文针对超疏水表面的防除冰性能,采用超快激光结合化学氧化的复合制备方法,开发了一类新的三级微纳超疏水表面结构,这类结构由微米锥阵列支撑结构以及在其上密集生长的金属氧化物纳米草结构和弥散分布的微米或亚微米花结构组合而成.经过表面改性后,这类三级微纳结构具有优异的超疏水性,其接触角可超过160°,滚动角在1°以内.对这类三级微纳超疏水表面的防结冰性能进行研究后发现,在冷凝和低温环境下,该类超疏水表面存在合并诱导自跳跃以及分级冷凝的现象,分级冷凝不仅可使表面上的一级冷凝液滴在高湿度环境下依然保持Cassie状态,还能使液滴在结冰前脱离表面,因此具有较好的防结冰性能;此外,由于表面三级微纳粗糙结构中捕获的空气囊具有较好的隔热作用,因此该超疏水表面具有良好的延迟结冰性能,其延迟异质形核的时间达到了52 min 39 s.最后,本文对三级微纳超疏水表面的疏冰性能进行了研究,结果表明:三级微纳超疏水表面的冰粘附强度仅为6 kPa,约为未经处理的铝合金表面的1/40;经过10次推冰测试后,该超疏水表面的冰粘附强度依然不超过20 kPa,说明该表面具有良好的机械耐久性,应用潜力巨大.