铝基超疏水表面抗结霜结冰特性研究

论文摘要

本文采用化学刻蚀法,在铝基的表面构建了纳米-微米混合的粗糙结构,化学刻蚀后的粗糙表面经过氟硅烷（FAS）修饰,形成了接触角大于161°的超疏水表面。扫描电镜表征结果显示,超疏水铝基表面上具有了由长方体状的凸台和凹坑构成的深浅相间的微纳米结构,这些微纳米结构相互连通形成凹凸不平的“迷宫”结构。另外通过改变刻蚀时间,制备了不同接触角的铝表面。在过冷环境中,利用加湿器提供的小液滴进行了铝表面的结霜实验。通过不同温度不同时间下超疏水铝表面、疏水铝表面和普通铝表面的结霜量对比,考察了超疏水铝表面的抑制结霜效果,对超疏水铝表面的实际结霜情况进行了初步的分析。另外,通过实验考察了接触角对铝表面结霜的影响,结果表明,接触角越大的表面结霜量越少。本文还研究了超疏水铝表面对于结冰的影响。在过冷环境中,通过不同温度不同时间下超疏水铝表面、疏水铝表面和普通铝表面的结冰量对比,以及不同接触角下铝表面结冰量的对比,考察了超疏水铝表面对于结冰的抑制作用。结果表明,超疏水铝表面的结冰量最少,随着时间的延长或是温度的降低,超疏水铝表面结冰量的增加速度也最为缓慢；同时接触角越大,结冰量越少。另外,通过实验考察了滴水高度对超疏水铝表面结冰量的影响,实验结果表明,在温度不是很低时,通过增加滴水高度,会使表面受到的冲击力增大,从而使铝表面的结冰量增多；但是随着温度的降低,铝表面会在更低的高度下便开始结冰。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 引言
• 1 铝基超疏水表面抗结霜结冰特性的研究概况
• 1.1 结霜现象研究现状
• 1.1.1 结霜现象研究的历史
• 1.1.2 霜层物性的研究
• 1.1.3 除霜的方法
• 1.1.4 抑制结霜的研究
• 1.1.5 超疏水表面在结霜方面的应用
• 1.2 覆冰现象研究现状
• 1.2.1 导线覆冰的种类
• 1.2.2 导线覆冰的成因与条件
• 1.2.3 导线覆冰的危害
• 1.2.4 防冰除冰技术
• 1.2.5 超疏水表面在防冰方面的应用
• 1.3 超疏水表面
• 1.3.1 超疏水表面的基本理论
• 1.3.2 超疏水表面的制备技术
• 1.3.3 超疏水表面的应用前景及发展方向
• 2 铝基超疏水表面的制备
• 2.1 实验部分
• 2.1.1 实验试剂
• 2.1.2 氟硅烷溶胶的制备
• 2.1.3 铝棒超疏水表面的制备
• 2.1.4 铝棒疏水表面的制备
• 2.1.5 不同接触角铝片的制备
• 2.2 表征与分析
• 2.2.1 超疏水表面的微细结构及润湿性
• 2.2.2 疏水表面形貌及润湿性
• 2.3 结果和讨论
• 2.3.1 氟硅烷对表面进行化学改性的机理
• 2.3.2 盐酸刻蚀时间对表面疏水性的影响
• 2.4 小结
• 3 铝基表面结霜实验
• 3.1 实验部分
• 3.1.1 实验仪器
• 3.1.2 实验过程
• 3.2 结果与讨论
• 3.2.1 超疏水铝表面、疏水铝表面和普通铝表面结霜
• 3.2.2 不同接触角下铝表面结霜
• 3.3 结霜机理分析
• 3.3.1 物理模型
• 3.3.2 表面形貌分析
• 3.3.3 实验验证
• 3.3.4 数学模型
• 3.4 小结
• 4 铝基表面结冰实验
• 4.1 实验部分
• 4.1.1 实验仪器
• 4.1.2 实验过程
• 4.1.3 实验装置
• 4.2 结果与讨论
• 4.2.1 超疏水铝表面、疏水铝表面和普通铝表面结冰
• 4.2.2 不同接触角下铝表面结冰
• 4.2.3 不同滴水高度对超疏水表面的影响
• 4.3 小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况
• 致谢