仿生织构化表面润湿性研究文献综述

 2022-09-16 11:09

文献综述(或调研报告):

徐建海[1]等人介绍了具有微纳米结构超疏水表面的研究进展。具有微纳米结构超疏水表面的制备方法一般有两种,一是在固体表面修饰低表面低物质降低其表面能,二是在固体表面构建微米或/和纳米粗糙结构。表面结构对超疏水性能的影响只要取决于表面几何结构。周期性结构表面超疏水的条件一是临界接触线密度,二是临界粗糙高度。超疏水表面接触角滞后越小,液滴越容易从固体表面脱落。最后探讨了这一领域存在的问题与展望。

王珂[2]根据条纹沟槽表面的特殊结构,提出条纹沟槽表面高精度网格生成要求,并采用微分方程法在连续条纹沟槽表面生成高精度网格,建立适合条纹沟槽表面的流场简化模型,并选用一方程湍流模型完成了流场理论数值计算;利用FLUENT软件完成了条纹沟槽表面特殊流场模拟,通过表面直接加工V型条纹沟槽和随行波沟槽的网转体模型水洞试验,定量的得到了这两种减阻方法的减阻量,条纹沟槽表面最大减阻量约为6%,随行波表面最大减阻量约为5%。

孟祥攀[3]以流体动力学仿真为手段,首先仿真验证了所选微沟槽的疏水性,以验证疏水性微沟槽减阻的必要条件。然后对其进行了液动减阻仿真,阐释了疏水性微沟槽的减阻机理,同时设计微沟槽加工及其疏水性检测实验,对微沟槽浸润性仿真结构进行验证,初步证明了微沟槽的减阻性,并对后续仿真研究提供了建模数据和研究方案指导。

宋昊[4]在光滑表面Young氏方程和粗糙表面Cassie.Baxter方程的基础上,建立了二维情况下基于最小吉布斯自由能的接触角预测模型,并且考虑斜壁对气.液接触线的影响对预测模型进行了修正。设计了直壁沟槽、方柱阵列、斜壁沟槽和斜壁阵列四种类型的微结构,通过微铣削方法加工出设计的微结构,并测量水滴在微结构表面的接触角。最后,采用理论分析与试验结合的方法研究不同几何尺寸参数的直壁沟槽、方柱阵列、斜壁沟槽和斜壁阵列四种类型的微结构对水滴在其表面接触角的影响。

卜卫羊[5]选择了狗尾草、三叶草和美人蕉三种植物作为研究对象,分别测试了叶片表面的润湿性及表面微观结构,并建立了对应的理想化的表面微结构数学模型。选择狗尾草叶表面的槽棱微结构作为仿生原型,利用CFD方法和数值模拟的方法对超疏水性的制备及其表面流体的运动形态进行了分析。研究为流体机械利用仿生表面进行减阻设计提供借鉴,为超疏水表面的工程应用奠定了一定的基础。

蒋成刚[6]针对微结构表面湿润性进行了研究,以典型微柱结构表面为例,就表面微结构几何参数对湿润性的影响进行了讨论;并采用数值模拟方法,利用FLUENT软件中VOF模型进行两相流模拟,分析了三维状态下液滴碰撞结构化粗糙表面的动态响应,模拟结果与相关理论分析吻合。以单液滴操控的数字微流体系统为背景,就超疏水表面液滴的电场操控技术进行了一系列实验研究;,并基于仿生思想设计构建了超疏水格栅减阻系统,为水面微型机器人的设计奠定了良好的基础。

李小兵[7]根据自然界中具有超疏水性质和自清洁功能的荷叶表面微观结构,研究并设计了相关仿生结构,提出了相应的接触角模型。采用化学法粗化在医用聚合物表面构造微观粗糙结构,研究了粗化工艺参数对粗化效果与其表面湿润性的影响;采用化学镀法在粗化后的医用聚合物表面沉积纳米银;并将两者用于医用聚氨酯内支架导管,并且进行了动物体内防垢性能测试与分析。研究工作对于改善医用聚合物材料的防垢性能具有重要意义,同时为超疏水表面的设计与制备提供了理论基础。

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