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席明杰论文被Applied Surface Science接收
发布时间:2024-01-29


超浸润/超亲水金属表面可以实现无能量输入下的液体快速输运,在两相换热、化学反应等领域具有重要的应用背景。但是金属超亲水表面在空气氛围中会自发的转变为疏水甚至超疏水状态,这种自发性转变已经被证明和表面的自发有机物吸附有关。本篇文章通过不同氛围下的浸润性转变实验和分子动力学模拟,进一步揭示了表面有机物吸附对金属表面浸润性的影响。实验证明,水在清洁金属表面的接触角一般小于20°,但是空气氛围中24h后,接触角快速上升到60°以上。气氛中有机物的官能团会影响转变的速度,而有机物的碳链长度会影响转变后的最终接触角。分子动力学模拟表明,长链有机物由于物理吸附作用,会自发的在金属表面形成一层有机物分子层,使得金属表面能大幅降低。对多孔结构表面浸润和有机物扩散过程的进一步研究表明,为了实现持久的超亲水性,表面必须同时具有不同尺度的复合孔隙,其中大尺度孔隙促进水的浸润,而小尺度孔隙抑制有机物的向内扩散。常规方法制备的表面结构很难具备上述结构特征。为了制备耐久性的超亲水结构,本文提出了一种超快激光烧蚀沉积技术,通过超快激光烧蚀产物在表面的沉积,制备厚度高达100 μm以上的微纳复合多孔结构,其中多数纳米孔的直径<10 nm。这种结构表面具有持久的超亲水特性,其超亲水性可以在空气中保持1一年以上。本研究有助于理解金属表面的浸润性以及超浸润现象。