39200字硕士毕业论文超疏水铝箔的可控生产及防结霜功能的探索

论文类型：硕士毕业论文

论文字数：39200字

论点：疏水,表面,性能

论文概述：

本文是硕士毕业论文，本文根据非粘性超疏水界面的设计原理，将纳米技术与仿生技术有机结合，采用一步变电压电化学阳极氧化法制备了超疏水招箱表面，并研究了该超疏水招箱表面。

论文正文：

介绍

1.1超疏水表面抗冷凝和抗结霜的研究进展
龙隐等人分别在极低和极高相对湿度条件下测试了荷叶的接触角和滚动角。试验结果表明，在相对湿度小于10%的干燥环境中，荷叶表面可以保持稳定的超疏水性能，但当相对湿度高于90%且温度低于红十字会时，水蒸气凝结导致荷叶表面接触角下降，滚动角增大，从而暂时丧失荷叶表面的超疏水性能。这些结果表明，温度和湿度等环境因素会影响荷叶表面的超疏水性能。他们还比较了天然荷叶表面和人工超疏水表面在控制水蒸气凝结条件下的超疏水性能的稳定性。相对湿度分别为10%、30%、60%和90%时的滚动角和接触角。他们发现，当相对湿度较低(低于60%)时，荷叶表面和仿荷叶表面的超疏水性能不受温度变化的影响，而当相对湿度较高(高于60%)时，由于水蒸气的逐渐凝结，滚动角减小和增大。他们认为，从卡西态到温兹态的变化既发生在荷叶表面，也发生在荷叶状超疏水表面，因为冷凝水蒸汽浸入其微米结构，导致接触角下降。这些研究有助于我们理解表面结构和环境因素对排水的协同作用，同时也告诉我们荷叶状超疏水表面不适合抗凝，因此我们需要从自然界中寻找新的灵感来设计抗凝的超疏水表面。在设计超疏水表面时，应考虑其在实际应用中的可行性(防结露、防结冰)，要求其不仅要有合适的结构设计，还要有环境适应性。
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1.2超疏水汞表面的制备技术
刘等人[45]采用Si02(平均直径200纳米)喷砂工艺在铁铝锌合金表面产生粗裂纹结构。Si02颗粒在氢氟酸水溶液中浸泡去除后，表面均匀分布着许多平均直径为8m、网状多孔结构稳定的凹坑，在处理过程中表面的化学成分不会发生变化。然而，弹坑结构通过PDMSVT进行化学改性，以获得接触角大于150°，滚动角小于5°的超疏水表面和良好的机械稳定性。IsseiTsuji[46]通过喷砂和电解质蚀刻，在铝表面构建了一个粗糙的糖表面，其中含有不规则碎片。用低表面能含氟烃改性的表面具有优异的超疏水和疏油性能。李昌鸿等人[47]将纳米二氧化硅颗粒植入喷砂粗糙的片剂中，在表面形成纳米结构，用PFO乙醇溶液改性后得到超疏水表面。表面与水的静态接触角为173°，滚动角为2.5°。
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2铝表面纳米突起阵列的可控制备及其机理

2.1序言
铝及其合金因其良好的导电性和导热性，是人类最早和最广泛使用的工程材料，其产量仅次于钢。在制冷、低温运行和户外使用的部件中，邵氏的高表面能和水分子的易吸附和聚集使其容易结霜结冰，严重影响产品的导热和导电性能，给产品和设备的稳定工作带来很大危害。特别是在冰箱的空调节和散热片等设备的运行中，由于相对湿度过大而发生冷凝，这大大降低了散热片的传热效率，浪费了大量的电力资源，很容易因设备绝缘劣化而导致短路故障。此外，长时间处于潮湿状态的散热片表面也容易滋生霉菌，污染室内环境[i6]，需要经常清洗。工业上传统的防结露和防结霜方法大多是基于除湿和保温的思想，但这些方法不能从根本上解决问题，耗费大量的能源。可以看出，用传统技术无法解决这些问题。自20世纪70年代以来，国内外相继对换热器箱体的预处理进行了研究，以改善其表面性能。涂层技术主要用于处理锅炉箱体。到20世纪90年代，换热器表面涂层处理技术已经应用于工业生产，日本和东南亚国家采用亲水膜处理技术，而欧美国家采用疏水膜处理技术。然而，亲水膜和疏水膜处理技术的工业应用仅仅改善了水桥问题，而没有解决换热器表面的冷凝和结霜问题[83]。近年来，受自然启发，人们发现超疏水表面上的水滴与表面的接触面积非常小，水滴不能稳定地停留在表面上。如果表面稍微倾斜或摇晃，水滴会从表面滚落，不留任何痕迹。因此，如果能够在招募盒及其合金表面获得超疏水性能，招募盒表面与冷凝水滴之间的接触面积可以减小，表面的冷凝水滴可以容易地滚走，从而使招募盒及其合金表面具有自清洁、抗冷凝、抗冻、耐腐蚀蜡烛等性能，显著提高了错位盒及其合金的使用性能。
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2.2实验部分
采用一步变压氧化法在锅盒表面制备纳米孔和纳米突起的复合阵列结构。该新型结构的具体制备路线如下:将锅盒切割成直径为5厘米的圆盘，清洗，电化学抛光，预氧化处理，剥蚀，变压氧化，清洗，干燥，氧化锅纳米孔和纳米突起复合结构，—FAS改性，非粘性超疏水样品。同时，采用三种预处理方法制备样品。通过改变预处理条件，观察预处理条件(预氧化后的抛光和蜡烛剥离)对招募箱表面形貌和性能的影响。三种途径分别是:预氧化剥蜡烛后的变压氧化、抛光后的变压氧化和不抛光的直接变压氧化。样品1、2和3分别通过使用三条路径制备。样品1、2和3的制备流程如图2.1所示。电化学抛光主要是利用电化学作用选择性溶解对错盒表面的微观不均匀结构，降低表面粗糖含量，获得光滑平整的表面。采用体积比为1∶4的高氯酸和乙醇的混合溶液作为抛光液，清洗后的新兵盒作为阳极，电极作为阴极，在20V的抛光液中抛光8 ~ 8 ~ 10分钟，新兵盒表面呈镜面状，新兵盒表面残留的离子杂质用去离子水清洗备用。盐罐的预图案阳极氧化处理在配备有高效冷却系统的电解池中进行(图2.2[86])。该装置主要由主体和支管组成，开口处设有夹具，盐箱只有一侧与电解液接触产生阳极氧化，盐箱为阳极，针电极为阴极，两极之间的距离约为13英寸。主体部分通过在夹层内循环冷却液并利用磁力剧烈搅拌电解液，可以保证盐片表面高强度阳极氧化产生的大量反应热快速去除；为了有效地去除反应热，锅炉背面也进行循环冷却，冷却液为乙醇。
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3超疏水铝箔表面抗冷凝性能的研究……36[/比尔/] 3.1前言……36[/比尔/] 3.2实验科……37[/溴/] 3.2.1实验试剂和仪器……37 [/BR/] 3.2.2样品制备……37 [/溴/]3.2.3样品表面的疏水处理……38
3.2.4样品性质的表征……38
3.2.5露点的近似计算……39
3.2.6……39
3.3结果和讨论……40[/溴/] 3.3.1表面形貌和非粘性表征……40[/溴/] 3.3.2冲击稳定性试验……44[/溴/] 3.3.3防冷凝性能测试……46 [/BR/] 3.4防冰和防结霜性能的结果和讨论研究……52
4 BR/] 4超疏水铝箔……53[/比尔/] 4.1实验部分……54[/比尔/] 4.1.1实验仪器……54[/溴/] 4.1.2实验样品……54 [/溴/]4.1.3样品表面防冰性能的研究……55
4.1.4样品表面防冰性能研究……57
4.2结果和讨论……57
5总结和展望……67

4超疏水罐箔表面防冰和结霜性能研究

温度低于0℃的过冷雨滴(冻雨)接触地面或飞机时会立即冻结。当这种雨从天而降空时，它会冻结在树枝、电线、干草或其他地面物体上，形成光滑、水晶般透明的冰壳层，有时会在冻结时形成冰柱。冻雨会严重影响室外设施，如高压电缆、电线、通信网络、高速公路、机场等。近年来，雨雪冰冻灾害越来越严重，给户外设施造成了巨大的破坏。特别是高压输电电缆上的冻霜不仅增加了导线的负荷，还可能导致杆塔扭曲、弯曲甚至折断[“8，119”，这不仅威胁到人们的生命安全带，而且给社会经济带来巨大损失，引起广泛关注。铝及其合金因其良好的导电性和导热性而成为最早和应用最广泛的工程材料。在制冷、低温运行和户外使用的零部件中，水分子由于表面能高，容易吸附和聚集，也容易结霜结冰，严重影响邵氏产品的导热和导电性能，给产品和设备的稳定工作带来很大危害。迄今为止，常用的除冰和除霜方法大多基于除冰和除冰，如热除冰、机械除冰、过流除冰、铺设加热导体[12等。然而，这些常用的除冰和除霜方法不仅操作困难，消耗大量财政资源，而且安全性低，由此产生的灾害已经存在。为了应对这些情况，许多研究人员试图找到更有效的解决方案。经过几十年的研究，研究人员发现，为了实现待招募材料表面的防结冰和防结霜性能，需要一种新型的非粘性超疏水盐箱来抑制或延缓结霜晶体的形成，从而从根本上解决工程铝材表面的结冰和结霜问题，这也是实现节能、高效、环保的制冷器具和输电线路的关键。
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结论

根据非粘性超疏水界面的设计原理，采用一步变压电化学阳极氧化法，将纳米技术和仿生技术有机结合，制备了超疏水容器表面，并研究了超疏水容器表面的抗冷凝和抗冻融性能。具体研究结论如下:采用一步变压电化学阳极氧化法，以磷酸为电解质，成功地在铝材表面构建了氧化槽纳米孔和纳米突起的复合阵列结构，并对铝材进行了氟改性，使其超疏水。采用三种不同的预处理条件对样品盒进行处理，通过对每种预处理条件下制备的样品表面形貌的对比观察和超疏水性能的对比试验，简化了实验过程。该制备方法简单易行，不需要特殊的实验装置，制备时间短，成本非常低，有望应用于大规模生产。通过对反应过程中各种测试参数(反应溶液浓度、反应初始电压、反应溶液温度、电流升至1.0A后连续氧化时间、电极间距和升压速率)的调控，讨论了实验过程中各种测试参数对样品表面形貌和性能的影响，实现了在新兵材料表面可控制备超疏水纳米结构，获得了超疏水性能最佳、最简单、最节省成本的实验条件。具有最佳超疏水性能的盐材料的表面具有约120纳米的孔径、约160纳米的孔间距和约40纳米的突起直径。
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参考资料(略)