Wettability Analysis and Design of Micro-nanostructured Superhydrophobic Surface

微纳复合结构超疏水表面在防污、流动减阻、防冰等领域具有广阔的应用前景,超疏水表面主要通过设计表面化学性质和微观几何结构来获得.合理设计保持表面润湿态的稳定性是其性能发挥的关键.以"液滴-超疏水表面"系统为研究对象,基于最小能原理分析了四种稳定润湿形态,指出影响润湿状态的本征接触角和微观结构参数(相对柱距、相对柱高).推导了本征接触角的计算公式并对常见材料的本征接触角进行了讨论.结合四种润湿态方程,绘制了随着相对柱距和相对柱高的润湿云图,并将润湿云图归纳为"一点三线六区四状态".分析了相对柱距和相对柱高对浸润状态的影响,结果表明较大的本征接触角、较小的相对柱距和较大的相对柱高能够减小浸润状态发生转变的临界参数,从而拓展超疏水表面的区域范围,有利于超疏水表面的稳定性.利用文献数据验证了上述润湿云图能够准确反映出润湿形态.在上述工作基础之上总结提炼了超疏水表面设计的一般思路.研究结果可为超疏水表面的设计提供理论依据和技术基础.