超疏油表面的流质非均匀沉积构筑及其超疏油机理研究

受到化学气相沉积方法的启发，本项目首先提出流质非均匀沉积复杂微结构构筑方法，该方法原理是运用流体流过微结构表面时流体内部溶质的浓度在表面及微结构内部间的非均匀分布来实现溶质的非均匀选择物理或化学沉积，从而实现复杂微结构表面的构筑；本项目拟结合该方法与激光微纳结构制备技术制备出超疏油表面，并基于该方法和静电纺丝方法制备的表面开展表面超疏油机理研究。主要研究内容包括，复杂微结构表面超疏油表面的制备原理及系统搭建；表面制备条件参数对表面微结构性能及超疏油性能的影响规律研究；基于荧光界面标定技术的低表面能液体在超疏油表面上的润湿模式及机理研究；超疏油表面性能稳定性理论分析；超疏油微观机理理论分析、数值模拟与超疏油表面的优化研究。最终形成稳定的超疏油表面可控制备方法及超疏油机理及稳定性控制的系列理论，为进一步的超疏油表面制备和研究提供实验基础和理论保证，为国民经济的发展和减阻节能工程作出贡献。

超疏油表面在低表面能液体的收集、表面自洁以及微小空间内的油液流动减阻等方面具有潜在的应用价值，近年来逐渐得到人们的重视。此外，由于油液在一般材料表面上的界面特性与水在一般工程材料表面（金属材料等）上的界面特性相似，因此，超疏油表面构筑及其超疏油机理的研究结果对实现环境亲和非含氟材料涂层超疏水表面具有重要的借鉴意义，将有助于解决含氟高分子涂层超疏水表面可能带来的环境污染和毒害问题。同时，由于油液的低表面张力性质，具有超疏油性能的表面能够使其超疏水性能更为稳定，因此，超疏油表面的研究为稳定超疏水表面的构筑奠定理论基础，为实现超疏水表面的工程应用提供保障。.超疏油表面实现的关键在于二次凹槽结构的构建，为构建二次凹槽结构，本项目执行期间提出了一系列制备方法，主要包括：二步成形方法，非均匀热压变形法，液态聚合物的毛细效应的毛细成形法，基于聚合物热变形的气体辅助成形法和液体辅助成形法。这些方法都是基于模板的方法，所以在制备效率和成本上具有较大的优势，而且工艺的可控性良好，有利于超疏油表面的推广应用。由于这些方法中需要制备出模板，为了实现模板的制备，本项目还开展了孔结构表面的激光加工研究工作和基于通孔结构的复制模塑技术。此外，根据项目的计划，我们对流质非均匀沉积方法进行了探索，对流质非均匀沉积的基本理论进行了分析，并在此基础上衍生出织构表面摩擦学性能分析的成果，建立了流质非均匀沉积系统，但由于在材料选配方案上还存在一定的问题，所以流质非均匀沉积技术还有待完善。.在超疏油机理分析方面，我们首先对静电纺丝结构超疏油机理进行分析，发现虽然液体能填充到两纤维的交界区域，但液面不会在纤维上发生无限的铺展，即纤维不会被完全浸没，液体与结构表面形成的界面可以保持Cassie接触状态。针对油液分析的长分子链的特征，我们对油液分子的演化进行了蒙特卡罗模拟分析，发现长链分子在小空间内具有晶化效应，有利于Cassie接触界面的稳定。我们还基于Laplace方程对液滴形态进行模拟，基于模拟结果对接触角测量方法和重力情况下的液滴球形假设进行了分析，并提出了一系列的界面张力测量方法。最后，我们基于自由能分析的方法分析了锥形孔结构表面对液滴的挤压作用和微柱阵列表面上微小液滴的状态，针对超疏表面的稳定性提出了状态转换测试力-位移方法，对超疏油表面上液滴前进后退机理进行了探索。