竹叶表面(backside)抗结露特性研究及其仿生表面的制备

发布日期：2021-07-16

研究背景

  铝合金因其独特的性质被广泛应用于换热设备中，但良好的导热性能易致使其表面易发生结露现象。这会导致设备效率降低甚至发生故障，而限制铝材料在工业中的使用。为了解决结露难题，人们采用了各种各样的方法，如干燥剂降湿、涂覆化学试剂或物理加热等。尽管这些方法在一定程度上能够延缓结露现象的发生，但这无疑也会消耗能量并造成资源的额外浪费，因此对预防或延迟结露现象的研究具有重要意义。

内容简介

  通过观察发现，竹叶背面上沟脊结构(30-60μm)是由两条或三条宽度较窄沟脊组成。沟槽结构上排列着球状结构,锥状凸起结构(直径40-80μm),和密集的气孔结构，排布的气孔结构较正面更加密集。进行局部放大我们注意到,表面上覆盖着纳米针状结构 (图2a)。而在竹叶正面并没有发现类似的纳米结构。在结露环境中，可以明显地观察到竹叶反面上液滴的成核、长大、合并和自发弹跳现象。在500s的结露实验中，表面结露量仅为4.435mg。竹叶背面上的滴状冷凝并自发弹跳与其表面的微观结构是密不可分的。

  为了获得抗结露特性，我们在铝合金表面设计了仿制竹叶背面的微/纳复合结构。首先，利用激光加工构建出微米级的沟槽结构和熔融颗粒。通过溶胶-凝胶法和水热法制备ZnO纳米针状结构。最后用低表面能物质(FAS-17)修饰制备出类竹叶（反面）铝合金表面(CA 164.2±1.5°)。

  该研究工作主要受到吉林省科技发展计划基金项目(20180101324JC, 20190101005JH)和国家重点研究开发项目(2018YFB1107403)资助。

图文导读

图1 a.竹叶反面SEM.沟槽结构宽度为110-140μm,沟脊宽度为30-60μm.表面覆盖了纳米针状结构(400nm-950nm)

b.竹叶置于丙酮溶剂浸泡SEM图 c.竹叶经高温烘烤SEM图

图2 竹叶表面冷凝实验（d-f）微观层面的冷凝过程

图3 a.仿生表面的表面 b.液滴在仿生表面的自发反弹行为

c.仿生表面的延迟结露行为 d.液滴自发反弹示意图

（投稿：张彩云   撰稿：王曼妃   审核：翟昌太）