[發明專利]一種通過提高液固表面浸潤性實現液體大面積鋪展的方法

有效

• 申請號: 201410727861.X
• 申請日: 2014-12-03
• 公開（公告）號: CN104357795A
• 公開（公告）日: 2015-02-18
• 發明（設計）人: 陽倦成;倪明玖;劉佰奇;張杰;齊天煜
• 申請（專利權）人: 中國科學院大學
• 主分類號: C23C6/00
• 分類號: C23C6/00
• 代理公司: 北京超凡志成知識產權代理事務所(普通合伙) 11371
• 代理人: 欒波

技術領域

本發明涉及表面科學領域，具體而言，涉及一種通過提高液固表面浸潤性實現液體大面積鋪展的方法。

背景技術

潤濕性是液體與固體表面接觸能力的一種直觀表現，一般由接觸角來直接定量。圖1中θ為液滴在固體表面所形成的接觸角。當θ<90°，則液體表現為較易潤濕該固體壁面；當θ>90°，則液體表現為不易潤濕固體壁面。目前，大量研究致力于增強液體在固體表面的潤濕性以提高壁面的液膜鋪展特性和傳熱性能。目前，存在的增強固體表面潤濕性的方法有：①在固體材料表面進行鍍膜，如在固體表面覆蓋TiO₂薄膜并通過紫外光輻照的方法獲得超級親水表面(較好潤濕性的表面)；②在固體材料表面通過化學腐蝕、光刻等方法制作各種微結構并形成粗糙表面來實現固體表面較好的潤濕性。

現有的技術如發明專利“超親水納米結構”、“紫銅表面超親水結構制備方法及用該方法制造的紫銅微熱管”、“一種在鋁表面制備超親水浸潤表面的方法”、“一種簡易的長效超親水鉬表面的制備方法”等，主要是通過在材料表面實現微細的結構來增加潤濕性。

如“超親水納米結構”的實現方法如下：將具有不同形狀納米顆粒的納米流體施用于基底上，而后進行加熱，加熱后隨著溶液的逐漸蒸發，納米流體中的納米顆粒會聚集并附著在基底上形成如圖2和圖3的多孔聚集體集群。這種多孔聚集體集群使得基底表面變得粗糙，進而形成超親水的表面。

如“紫銅表面超親水結構制備方法及用該方法制造的紫銅微熱管”的實現方法如下：圖4為其結構圖，附圖中，1、紫銅基管；2、超親水層；3、真空容腔；具體地，附著于紫銅基管的超親水層形成方法如下：①配制CuSO₄和H₂SO₄的混合溶液作為電解質；②用稀硫酸和乙醇進行超聲波清洗紫銅管表面，并用去離子水清洗后烘干；③將清洗后的紫銅管放入電解質中進行電化學沉積構筑微-納米粗糙結構；④燒結處理以獲得超親水層。

現有的技術方法主要存在以下的局限和缺點：

1、上述技術均是通過在材料表面構筑各種微尺度結構，以實現水在其表面的潤濕性，而無法應用于高溫的環境；

2、微尺度結構的機械強度差，使用壽命短，易受外界因素的影響，如輻照和高溫下微結構易受破壞，無法長期使用；

3、上述技術均未考慮液體在固體表面流動的情況，若液體需要在固體表面進行流動，固體表面的微結構會使得流動的阻力增大；

4、根據Wenze模型理論，粗糙表面使得疏水材料更加疏水，親水材料更加親水，因此，上述技術的微結構只適合本身具有親水特性的材料。

有鑒于此，特提出本發明。

發明內容

本發明的目的在于提供一種通過提高液固表面浸潤性實現液體大面積鋪展的方法，由于液態金屬與常規流體(水)不同，液態金屬具有較大的表面張力(與固體表面接觸時具有較大的接觸角)、較大的粘度，更不容易潤濕固體表面，因而無法很好的在固體表面鋪展。本發明通過在非潤濕表面加工多個孔，通過選用特定深度的小孔，并且限定了空間的距離然后在上面注射金屬液滴，得到的液滴接觸角<90°；當金屬液體從上至下流動時，由于同種金屬液體之間完全浸潤，流動的金屬液體會將非潤濕表面露出來的金屬液滴連接起來，流動的金屬液體將會與金屬液滴連成一片完整的液膜并覆蓋于非潤濕固體表面，實現了非潤濕表面具有較好潤濕性；并且由于金屬液滴約2/3的體積位于孔內，因此，在金屬流體流動過程中，該液滴如同剛性小球，將一直保持在孔內滾動，這種滾動效果與軸承的潤滑效果類似，將極大地減小金屬液體在固體表面流動的阻力，解決了金屬流體在粗糙固體表面的流動阻力問題；此外，由于該方法在固體表面加工的小孔為毫米尺寸，且各個孔之間互不相通，孔之間的材料并未發生改變，為原始的固體材料，這種結構能保證與原始固體材料一致的性能。

為了實現本發明的上述目的，特采用以下技術方案：

一種通過提高液固表面浸潤性實現液體大面積鋪展的方法，包括以下步驟：

(a)、在非潤濕表面加工多個小孔，每個小孔與非潤濕表面的交點的切線與非潤濕表面之間的夾角小于90°；

(b)、將金屬液體在非潤濕表面鋪展即可。