[发明专利]基于能量分析的稳定超疏水表面可控设计方法

说明书

技术领域

本发明涉及材料研究模型化和模拟、材料(计算)设计与制备领域，特指通过对微结构表面润湿模式转换过程从能量角度进行理论分析、对微结构表面的稳定超疏水性进行实验检验，以实现稳定性超疏水表面可控设计与制备的一种方法，可适用于方柱阵列微结构表面、圆柱阵列微结构表面等多种类型的表面。

背景技术

超疏水表面一般是指与水的接触角θ大于150°的表面，它在工农业生产和人们的日常生活中都有着极其广阔的应用前景。基于仿生的思想，通过在材料表面构建微观粗糙结构来实现材料表面的超疏水性能，可使得材料具有优越的自洁特性，从而大大提高材料的防污染、抗氧化、抗腐蚀、抗老化等能力。因此，具有稳定超疏水性的微结构表面具有极大的应用价值。

通常，粗糙的固体材料表面与液滴的接触有两种情况：完全润湿时，液滴填充于粗糙表面上的凹坑形成“润湿表面”，这种接触形式称为润湿接触；不完全润湿时，液滴不填充于粗糙表面上的凹坑而位于粗糙突起的顶部形成“复合表面”，这种接触形式称为复合接触。这两种接触形式分别定义了粗糙表面上液滴的两种润湿模式，即Wenzel模式和Cassie模式，其分别对应于Wenzel理论(公式(1))和Cassie理论(公式(2))，表示如下：

cosθrW=rcosθe---(1)]]>

其中θ_r^W和θ_r^C分别表示润湿表面和复合表面上的液滴的表观接触角；θ_e为平直固体表面上液滴的杨氏接触角(亦即本征接触角)；r为粗糙度因子，表示粗糙表面的实际面积与其投影面积之比；_s表示固体表面突起所占的面积分数。对于方柱阵列微结构表面，N.A.Patankar、B.Ho、郑黎俊等国内外众多学者已经研究过其微结构几何参数与表观接触角之间的函数关系，通过理论分析得出了Wenzel模式和Cassie模式下方柱阵列微结构表面表观接触角的理论预测公式，即：

cosθrW=[1+4ah(a+b)2]cosθe---(3)]]>