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超亲水材料与超疏水材料的微观动态变化和平衡接触角的演变

 美国科诺最新研究发现在高速条件下接触角至平衡点前超疏水材料能够较好的形成弹跳效果而超亲水材料的演变与其有明显区别。而美国科诺最新版本的CAST3.0(ADSA-HS)专门研制了平衡之前,由于势能与动能变化或重力、作用力与反作用力条件下水滴滴向超亲水材料和超亲水材料的动态演变过程。

如下为相关测试效果图,从效果图中我们可以看出:

1、荷叶(Lotus effect)具有非常好的超疏水性,因而,在取得最后的平衡接触角时,出现了明显的弹跳效果。且如果疏水角度越大,弹跳的高度越高。且从效果影像中可以看出,此时的滚动角度非常小,水滴很容易滚动。

而这些均是我们长期研究中,我们仅仅注意了荷叶的表面结构以及平衡态的接触角值(平衡态的接触角值仅仅表征了部分性质)。在测试过程中,我们也发现由于荷叶的超疏水性,水滴从针头转移到荷叶表面会相对比较困难。目前美国科诺提供了全世界最细的27号聚四氟乙烯针头以及34号不锈钢针头,液滴转移时量为4-5uL左右。由于滚动角(roll-off angle)非常小,所以,水滴停留的地方通常是表面有瑕疵的位置或边缘,此时的平衡接触角值意义不大。

由下面的影像我们认为,从高速的角度考虑才是最合理的方案,表征超疏水效果会比一般平衡接触角值的表征会更有意义。且,在接触角以及界面能量的分析中,我们采用了在Young-lapalace方程拟合中增加能量(重力加速度等势能与动能的考虑),提出了世界领先技术的ADSA-HS技术,从而为我们进一步探究仿生材料提供了更好的分析技术。

2、我们对比实验了一组普通材料的水滴滴向表面的效果,其在平衡接触角形成前的动态效果如下所示。

很明显的看出,此时的弹跳效果不明显,这是由于固体表面自由能大于液滴弹跳的作用能量。且我们非常容易得到结论,固体表面能越大,其向上延展的高度就越低。如下影像所示。

(1)空调器用超亲水铝箔的动态接触角演变过程。最后平衡接触角值为3度以内。

(2)实验室用载玻片接触角演变影像。

(3)不锈钢表面平衡态接触角前的动态演变影像。

(4)聚四氟乙烯表面平衡态接触角前的动态演变影像

 

通过如上影像,我们认为目前接触角及界面化学的研究应向更微观,动态效果发展。而我们也很自豪,我们在界面化学的研究新方法方向领先了世界其他同行。

注:如上没有提供详细的分析办法,仅提供影像资料供参考。若需要更为详细的技术支持,请与我们的专业研究员联系。我们会为您提供更为全面的技术。

   
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