基于微铣削加工的聚合物表面微结构疏水性研究

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疏水与超疏水表面具备的自清洁、防锈、防冰和液滴控制等优异性能,使其在生活与工程领域具有广阔的应用前景。表面微结构已被证明对材料表面具备疏水与超疏水性能有重要的作用,但微结构如何有效地影响表面疏水性仍然没有得到很好的认识;此外,目前疏水性表面的制备方式主要是化学制备方法、溶胶-凝胶法、模板法等,但对于使用微铣削的机加工方式制备疏水表面依然鲜有研究。因此,本文选用微铣削加工方式进行表面微结构的制备,探讨微结构的结构参数对表面疏水的影响;设计四种微结构旨在探究表面各向同性/异性与微结构阵列方式之间的关系,并探讨每一种表面微结构的润湿机理。论文主要研究工作如下:(1)为了探究微铣削进行表面微结构加工的可能性,根据正交设计方案进行微铣削的正交实验,确定在聚合物(PMMA)表面进行微铣削加工的有效铣削参数范围,并完成制备了尺寸精度很好的9种表面微结构;(2)采用单因素实验,通过接触角测量设备进行接触角测量,研究微沟槽阵列、微方柱阵列表面的三种微结构尺寸参数对表面接触角的影响;并运用Wenzel润湿理论和Cassie-Baxter理论进行接触角预测,通过与实验值进行对比探讨预测理论在两种微结构表面的预测能力;(3)使用工业CCD相机拍摄液滴在微结构表面的液滴形态与固-液接触表面,根据液滴在回转性不同的微沟槽、微椭圆形、微方柱和微圆形阵列表面的形状与接触角值,研究表面微结构的阵列方式与表面各向同性/异性的关系;(4)设计微孔阵列研究其对表面润湿性的影响,并使其与微沟槽阵列、微方柱阵列和微圆形阵列进行组合,观测组合前后微结构表面的固-液接触现象,探讨固-液-气三相接触线、钉扎效应对表面疏水性的影响。
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