Knowledge Resource Center for Ecological Environment in Arid Area
| 飞秒激光制备“雾水收集”复合双面神膜的方法研究 | |
| 张自洋 | |
| 出版年 | 2019 |
| 学位类型 | 硕士 |
| 学位授予单位 | 安徽大学 |
| 中文摘要 | 受自然生物多样性的启发,近年来,越来越多的科研人员开始对生物独特功能与结构进行了深入的研究。得益于自然生物如仙人掌刺、蜘蛛丝、和沙漠甲虫具有独特的形貌结构进而可以从潮湿的雾气环境中收集水分的启发,研究人员进行了仿生材料的研究。另一方面,飞秒激光仿生微纳加工具有精度高、速度快、高峰值功率、以及可以实现大阵列大范围可控加工等优势,因而可以取代传统工艺相对复杂的物理或化学方法。本文采用超快速飞秒激光微纳加工技术作为加工方法,选用铝箔与PDMS(聚二甲基硅氧烷)复合材料作为加工对象,通过仿真等多次反复试验确定最佳的加工参数,制备了具有特定功能的微纳米多孔阵列结构,实现了高效的雾水收集功能。全文的主要研究内容如下:首先指出雾水收集课题的研究意义及必要性,对当前国内外雾水收集的研究现状及发展趋势做了分析,接着阐述了使用飞秒激光在制备雾水收集器件方面的研究进展。其次分析了飞秒激光微纳加工平台及其相关部件的工艺参数。详细阐述了飞秒激光中放大级光路系统的组成原理,以及分析各部件在实际微纳加工中对光路调制与脉冲能量调节所起的一些作用,介绍了飞秒激光微纳加工平台的三大模块即飞秒激光系统、精密加工系统和计算机控制系统。接着在实验中利用有限元多物理场仿真软件COMSOL Multiphysics5.3版本研究了单脉冲与多脉冲对铝箔表面产生的微孔形貌的影响和脉冲峰值以及材料厚度对复合材料微孔形貌的影响。最后利用飞秒激光钻孔技术在复合基底上制备了具有规整微孔阵列的复合双面神膜,实现了雾气的高效收集。该双面神膜的上表面是一层疏水的PDMS,下表面是一层亲水的铝箔,因而呈现出相反的润湿特性。微孔阵列具有的特定锥孔形貌所产生的拉普拉斯力与膜两面相反的润湿特性产生的润湿梯度力共同驱使液滴从膜上表面转移到下表面。之后研究了复合双面神膜的结构参数对润湿特性的影响;进行了单一润湿性膜与复合的润湿性膜在水滴收集现象与水雾收集效率方面的对比分析。结果显示:这种复合双面神膜呈现出一种自驱动收集雾水功能,在雾气收集效率方面提升了 178%。此外,该复合双面神膜不需要特定的疏水试剂修饰,因而具有环境友好的特点。该项工作为飞秒激光微纳加工在雾水收集应用方面提供了一种解决方案。 |
| 中文关键词 | 仿生功能 ; 复合润湿性膜 ; 飞秒激光 ; 微孔阵列 ; 水雾收集 |
| 语种 | 中文 |
| 国家 | 中国 |
| 中图法分类号 | TN249 |
| 来源机构 | 安徽大学 |
| 资源类型 | 学位论文 |
| 条目标识符 | http://119.78.100.177/qdio/handle/2XILL650/337856 |
| 作者单位 | 安徽大学 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 张自洋. 飞秒激光制备“雾水收集”复合双面神膜的方法研究[D]. 安徽大学,2019. |
| 条目包含的文件 | 条目无相关文件。 | |||||
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