激光微加工极端润湿性功能表面及其性能研究

• 作 者: 张基超
• 出 处: 大连理工大学
• 发表日期: 2020年01期
• 关键词: 激光微加工 极端润湿性功能表面 油水分离 水收集

仿生极端润湿性功能表面在自清洁抗污耐腐蚀、油水分离材料界面净化水体、非均匀润湿性图案化表面水收集等场合具有重要的应用前景。但其现有加工方法仍存在制备过程较复杂、效率较低、环境友好性不足、适用性较差等问题。论文提出一种基于激光微加工的高效、绿色制备方法,通过调控表面微观形貌与化学组成成分,在金属铝基体与玻璃基体上制备出极端润湿性表面,并开展了油水分离与水收集试验研究。主要内容包括:利用激光加工机,高效制备出具有微米级粗糙结构的油水分离网;结合低表面能溶液修饰和大气压冷等离子体改性,在金属铝箔基体上加工出超疏水-超亲油表面与超亲水-水下超疏油表面;该方法无需复杂大型设备、工艺流程高效环保。对所制备的极端润湿性铝网表面分别进行润湿性、表面微观形貌和化学组成成分的表征;开展重力驱动垂直油水分离试验,研究其油水分离性能。以不溶性分层混合物(轻油-水与重油-水)为研究对象,分别从各种油水混合物的油水分离效率、分离后油中含水情况、超疏水-超亲油表面耐水渗透能力与超亲水-水下超疏油表面的耐油渗透能力三个方面进行性能分析。结果表明,该方法加工出的极端润湿性功能表面油水分离效率可达99%。为提高激光微加工方法对其他材料的适用性,提出利用激光诱导后向转移技术,将靶材铝金属快速转移到玻璃基底上,形成具有微米级粗糙结构的金属层表面,结合低表面能溶液修饰与激光打标工艺,在超疏水表面加工出复杂形状的超亲水图案。为研究对比不同表面的水收集能力,选取玻璃、铝基体、超亲水表面,超疏水表面及楔角阵列超亲水-超疏水图案化表面,开展水收集试验;结果表明,超亲水-超疏水图案化表面的水收集效率相对较高,相比于超亲水、玻璃、铝、超疏水表面,分别提高781%、331%、80%、53%。