大连理工大学研发新型超疏水表面 _中国高校之窗 
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大连理工大学研发新型超疏水表面

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超疏水固体表面是一种对水具有排斥性的表面,水滴在该表面上很难稳定停留,易于滚落,从而达到自清洁的效果。自然界中存在许多无污染、自清洁的动植物表面,如植物叶片、昆虫翅膀、鸟类羽毛和动物的毛皮等,荷叶是其中的典型代表。由大连理工大学机械工程学院副研究员刘亚华研制出疏水性能优异的材料表面,同样可以媲美“荷叶”,它由大尺度曲面组成,形式简单、易于制备、造价低廉,可用于制造防积冰材料,并具有自清洁、抗菌、防腐蚀等多种功能。

超疏水表面上的微纳米结构能够捕获空气形成“空气垫”,液滴在回缩阶段末尾可弹起而脱离这个表面。但是液滴撞击固体表面后需要多久才能弹起,此前学术界普遍认为,理论上有一定的接触时限。要减少液固接触时间,理想的方式是液滴不经历回缩阶段直接弹离表面;退而求其次,应尽可能减少液滴回缩时间。

该项研究受玉莲花表面凸凹结构的生物启发,设计与制备出仿生超疏水波浪形结构表面,揭示了结构弧度对液滴微观动量传递的影响规律,发展和完善了液滴非对称弹跳理论,同时可使固液接触时间缩短40%。这项题为《曲面上液滴非对称弹跳》的研究成果,最近发表于国际知名的《自然通讯》期刊(Nature Communications)。

刘亚华说,我们研究设计和制备的超疏水曲面,打破了传统研究中液滴对称铺展和回缩的动力学过程。与平面上相比,液滴回缩速度加快,液固接触时间减小,从而打破了液滴与衬底接触时间的理论极限。

这种新型表面具有广泛的用途,例如可防止飞机机翼及引擎等部件的金属表面结冰。此外,抗结冰表面在空调系统中也不可或缺。空调系统的蒸发器表面结霜或结冰之后,会形成大量的热阻,并增大整个热交换器的压降,削弱空调系统的整体效能,造成大量不应有的能源损耗。在工业层面具有广泛应用潜力,例如蓄水、节能、环境保护及预防疾病传播,也可提高材料的耐用性及延展性等。

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