飞秒脉冲激光制备超疏水表面及其浸润性研究

论文摘要

近年来,超疏水表面因其具有防粘性和自清洁性备受瞩目,它们在很多领域都有着广泛的应用。人们从大自然中汲取灵感,试图将存在于自然界中的结构移植到工业生产中来,通过模仿存在于自然界中的结构,达到相近的目的。因此我们尝试通过模仿荷叶表面的微纳米双层结构,达到超疏水的效果。在过去的几年里,飞秒激光脉冲烧蚀成为了一种新奇、多功能的加工手段,被用来制备超疏水表面。这种手段兼备了高效性与高精度,并对材料鲜有要求。为了将其投入大规模生产,或是做进一步的研究,首先我们需要了解加工参数对飞秒激光制备超疏水表面的影响。本文的目的是通过改变多种加工参数,在材料表面制备出微纳结构,并对其进行硅烷化处理,实现超疏水的效果。优化获得超疏水表面的加工参数,为后续研究做铺垫。具体内容如下:(1)搭建飞秒激光加工系统,在空气环境中对多种材料表面(铝合金、不锈钢、PTFE)进行激光加工处理,找到合适的参数,在样品表面产生微纳结构,从而掌握其形成条件。利用飞秒脉冲激光,从改变激光脉冲能量出发,先试图在样品表面产生微纳米结构,再改变扫描速度,提升其加工效率,进一步改变扫描槽宽,使微纳米结构更为复杂、致密。通过改变激光脉冲能量、扫描速度、槽宽等实验参数,在所研究材料表面形成了微纳米结构,研究激光脉冲加工参数对超疏水表面润湿性的影响,以优化加工条件。通过扫描电镜照片发现,当改变激光脉冲加工参数时,烧蚀陨坑的深度和直径以及突起微结构的高度和间隔发生了变化,而这些变化都对样品表面形貌产生了影响。当提高激光脉冲能量、降低扫描速度与槽宽时,所获得的结构更为精细。通过利用氟硅烷溶液处理已制得的微结构,可以使表面能进一步降低。接触角测量结果显示,当表面具有微纳米结构越复杂时,疏水性能越好。(2)探究制备超疏水表面的可重复性,固定加工参数,多次制备超疏水表面,通过测量接触角观察其可重复性。样品表面在室温空气环境下贮藏一段时间,仍保有疏水性。(3)为了拓宽疏水表面的应用,我们尝试在PTFE表面上选区加工了特定图案,实现不同区域疏水性不同,为达到集水目的做了铺垫。

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文章来源

类型: 硕士论文

作者: 李淞霏

导师: 金明星

关键词: 超疏水,飞秒脉冲激光烧蚀,微纳米结构

来源: 吉林大学

年度: 2019

分类: 基础科学,信息科技

专业: 物理学,无线电电子学

单位: 吉林大学

分类号: TN24

总页数: 56

文件大小: 3297K

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