[發明專利]一種可實現液滴餅狀彈跳功能的超疏水半球陣列

有效

• 申請號: 201910373783.0
• 申請日: 2019-05-07
• 公開（公告）號: CN110054799B
• 公開（公告）日: 2021-03-26
• 發明（設計）人: 宋金龍;黃柳;劉新;王續躍;孫玉文
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: C08J7/12
• 分類號: C08J7/12;C25F3/04;C25F3/14;B82Y40/00;C08L83/04
• 代理公司: 大連理工大學專利中心 21200
• 代理人: 溫福雪;侯明遠

本發明提供了一種可實現液滴餅狀彈跳功能的超疏水半球陣列，其呈上窄下寬圓弧形狀，其中基體?氣界面經外部氣體至基體?半球界面的夾角為α，半球結構與基體接觸面的直徑為d，相鄰半球之間的間距為s，半球頂端距基體底面的垂直高度為h，分別滿足70°≤α≤90°，900μm≤d≤1700μm，s≤550μm，600μm≤h≤1100μm；所述的超疏水半球陣列對水滴的接觸角≥150°、滾動角≤10°。本發明提出的超疏水半球陣列不僅可呈現液滴餅狀彈跳現象，且較現有可實現餅狀彈跳功能的柱狀陣列具有更好的機械強度，這對餅狀彈跳表面的實際應用推廣意義重大。

技術領域

本發明屬于功能材料技術領域，涉及到一種超疏水半球陣列，且可實現液滴餅狀彈跳功能，具體為一種可實現液滴餅狀彈跳功能的超疏水半球陣列。

背景技術

近年來，針對凍雨可能造成的輸電線斷裂、飛機飛行阻力增加、車輛與路面摩擦力降低等安全問題，研究人員一直致力于依靠水滴撞擊特定超疏水表面時液-固接觸時間短且易滾落的特征來防止凍雨附著?？紤]到對固定體積的液滴，液-固接觸時間幾乎不隨撞擊速度而發生改變，如何進一步減小液-固接觸時間對提高超疏水表面防凍雨抗結冰具有重要意義。2013-2015年間，研究人員陸續發現液滴撞擊超疏水表面上高180μm的長條形脊狀結構(Nature.2013,503:385-388)、直徑高度為幾十至幾百微米級的長條形脊柱狀結構(Nature Communications.2015,6:8001)及橫向放置的直徑幾個毫米的長條形圓柱狀結構曲面(Nature Communications.2015,6:10034)時，液-固接觸時間均有一定程度的降低。然而，實際應用時大部分雨滴均不會滴落在上述脊狀或圓柱狀結構曲面上，應用價值較低。

直到2014年，Liu等率先報道了水滴撞擊直徑20μm～100μm、高度800μm～1200μm、間距100μm的超疏水錐柱和方柱陣列上會出現餅狀彈跳(Nature Physics,2014,10:515-519)，液-固接觸時間減小約80％。這類亞毫米級柱狀結構均能保證雨滴與之接觸，應用價值較大。2016年，Hecksher等成功將尺度放大近百倍，在水氣球撞擊間距為1.85cm的釘子板陣列時實現宏觀餅狀彈跳功能(European Journal of Physics,2016,38)。2017年，申請人也發現直徑≤1250μm、高度600μm～1000μm、間距≤250μm的超疏水圓柱陣列也可實現液滴餅狀彈跳(ACS nano,2017,11:9259-9267，專利號201710555340.4和201710568996.X)，且該尺寸易于大面積加工。但超疏水錐柱陣列、方柱陣列以及圓柱陣列的高徑比過大，機械強度偏低，且用于飛機表面時易產生大的阻力，影響其實際應用。設計出既可實現液滴餅狀彈跳功能，又具有較小高徑比、較高機械強度、減阻效果的新型結構陣列異常重要。

發明內容

本發明旨在提供一種可實現液滴餅狀彈跳功能的超疏水半球陣列，液滴撞擊超疏水半球陣列時，該半球陣列可聚集大量的毛細能進而釋放，實現液滴餅狀彈起。

本發明的技術方案：

一種可實現液滴餅狀彈跳功能的超疏水半球陣列，呈上窄下寬圓弧形狀，其中基體-氣界面經外部氣體至基體-半球界面的夾角為α，半球結構與基體接觸面的直徑為d，相鄰半球之間的間距為s，半球頂端距基體底面的垂直高度為h，分別滿足70°≤α≤90°，900μm≤d≤1700μm，s≤550μm，600μm≤h≤1100μm；所述的超疏水半球陣列對水滴的接觸角≥150°、滾動角≤10°。

本發明的有益效果：

(1)本發明提出了一種可實現液滴餅狀彈跳功能的新型結構——超疏水半球陣列；

(2)本發明提出的超疏水半球陣列的高徑比可達0.48以上；

(3)本發明提出的超疏水半球陣列較現有的可實現液滴餅狀彈跳的超疏水錐柱、方柱及圓柱陣列具有更好的機械強度。

附圖說明