[發明專利]分形結構粗糙表面

有效

• 申請號: 201110242718.8
• 申請日: 2011-08-23
• 公開（公告）號: CN102424354A
• 公開（公告）日: 2012-04-25
• 發明（設計）人: 張程賓;陳永平
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: B81B7/00
• 分類號: B81B7/00;B82B1/00
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 張惠忠

技術領域

本發明涉及一種流動減阻的功能性結構元件，具體涉及的是一種分形結構粗糙表面。

背景技術

超疏水表面是實現流動減阻的一種優選技術。表面疏水時，降低固體的表面自由能，能夠提高固體表面的疏水性，但僅僅依靠降低物質表面自由能是無法達到超疏水的，必須對表面的粗糙結構加以考慮以達到超疏水性。荷葉表面正是粗糙表面和疏水材料的完美結合．荷葉效應這種自潔和疏水功能，啟發人們模擬荷葉表面的微結構，制備具有防黏減阻功能的仿生表面．已有的研究表明，荷葉表面的階層結構具有分形特征，表面粗糙分布的分形結構被認為是形成超疏水表面的理想結構。另外，在固體表面與液體之間形成不凝性氣膜也是實現流動減阻的一種重要技術途徑。由于氣膜的存在，液體無法滲透入表面凹槽結構內，縮小了固體表面與液體接觸面，減小液體與固體表面之間的摩擦力。

為此，本發明針對具有疏水特性的表面提供了一種分形結構粗糙表面，得到具有超疏水性的功能表面，并在此粗糙表面嵌入不凝性氣膜層。本發明結合了超疏水表面和氣膜這兩種流動減阻技術，因而實現高效流動減阻和節能的目的。

發明內容

本發明提供了一種分形結構粗糙表面，該表面結合了超疏水表面和氣膜這兩種流動減阻技術以實現高效節能的目的。

技術方案

為實現表面結構的流動減阻進而達到高效節能的目的，本發明采用的技術方案是：

一種分形結構粗糙表面，包括基體，其特征在于：在所述的基體上設置有一不凝性氣膜層，該不凝性氣膜層由壓縮氣體發生器、氣體容納腔和多孔芯組成，所述的多孔芯通過連接件配置在所述的基體的表面上，所述的基體與所述的多孔芯之間的縫隙形成所述的氣體容納腔；在所述的多孔芯的外表面設置有粗糙結構，該粗糙結構為具有分形特征的一系列微肋結構，至少具有兩級的凹凸微肋分布，以形成超疏水表面；所述的不凝性氣膜層產生的不凝性氣體維持有一定的壓力，浸于微肋結構之間的孔隙中。

荷葉表面具有雙微觀結構特征（微米尺度的微觀結構和納米尺度的微觀結構），大量空氣儲存在微米尺度的凹凸腔體中，?使得水珠只與荷葉表面乳突上面的納米尺度的蠟質晶體毛茸相接觸，這就是荷葉表面具有超疏水性的原因所在。受此思想啟迪，本發明采用具有分形特征的多級凹凸微肋結構來構建具有多尺度粗糙結構表面，并鍍上低表面能的物質使其達到超疏水性。低表面能物質為有機硅單體、含氟、硅基團的物質和聚四氟乙烯等。

所述的壓縮氣體發生器產生的高壓氣體進入到所述的氣體容納腔，接著均勻地滲透入多孔芯的連通空腔中進而進入到微肋結構體之間的孔隙中。由于孔隙中的氣體維持有一定的壓力，液體無法滲透入孔隙中，縮小了固體表面與液體接觸面，減小液體與固體表面之間的摩擦力。這樣，氣膜的存在，托起了流過表面的液體，進一步減少了液體流過超疏水表面流動阻力。

有益效果

本發明針對具有疏水特性的表面提供了一種分形結構粗糙表面，采用具有多級凹凸微肋結構來構建具有多尺度粗糙結構表面，并鍍上低表面能的物質使其達到超疏水性。另外，在此粗糙結構表面嵌入維持有一定壓力的不凝性氣膜層，進一步托起流過表面的液體。本發明結合了超疏水表面和氣膜這兩種流動減阻技術，因而可實現高效流動減阻和節能的目的。

附圖說明

圖1?分形結構粗糙表面。

圖2?粗糙結構立體示意圖。

圖3粗糙結構在x方向上的生成示意圖。

圖4粗糙結構在y方向上的生成示意圖。

圖中1.?基體；2.不凝性氣膜層；3.粗糙結構；4.壓縮氣體發生器；5.氣體容納腔；6.多孔芯；7.低表面能物質；8.微肋結構；9.?液體。

具體實施方式

下面結合附圖進行更進一步的詳細說明：

圖1給出了分形結構粗糙表面示意圖，一種分形結構粗糙表面，由基體1、不凝性氣膜層2和粗糙結構3所組成。不凝性氣膜層2由壓縮氣體發生器4、氣體容納腔5和多孔芯6所組成。多孔芯6通過連接件7配置在基體1的表面上，基體1與多孔芯6之間的縫隙形成氣體容納腔5。粗糙結構3配置在多孔芯6的表面上。多孔芯6的外表面和粗糙結構3的外表面均鍍上低表面能物質7以提高表面疏水性。粗糙結構為粗糙分布具有分形特征的一系列微肋結構8，以形成超疏水表面。不凝性氣膜層2產生的不凝性氣體維持有一定的壓力，浸于微肋結構8之間的孔隙中以托起流過表面的液體9。