[發明專利]一種適用于超疏水表面的觀測實驗裝置

在審

• 申請號: 202010426094.4
• 申請日: 2020-05-19
• 公開（公告）號: CN111707664A
• 公開（公告）日: 2020-09-25
• 發明（設計）人: 鄭騰飛;李園;王朝暉
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: G01N21/84
• 分類號: G01N21/84
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 賀小停

本發明為一種適用于超疏水表面的觀測實驗裝置，包括彼此配合的流道裝置，觀測裝置和測試表面3個部分；流道用透明材料PDMS制造，開放一端通過連接的注射泵提供去離子水，經過較長的整流區后，以穩定的流量進入測試區。測試區流道頂端開有壓力孔，連接的壓力表和流道另一端壓力閥配合可以實時監測和控制流體壓力。測試區兩端配置有光源和高速相機，能捕獲發生在測試表面上的流體流動和氣層變化情況。測試表面和流道的制備技術都較成熟，可以按不同參數多套制備。所述測試實驗裝置能實現通過實驗來研究不同壓力梯度和表面結構參數對超疏水表面氣層穩定性和減阻效率的影響情況。

技術領域

本發明屬于應用微納制造技術領域，特別涉及一種適用于超疏水表面的觀測實驗裝置。

背景技術

應用微納制造技術，將傳感器等器件集成在微小的體積內，可以實現實驗系統的微型化和低成本化。尤其是流體系統的實驗裝置，采用微納制造技術形成的測試系統更有利于實現儀器的自動化、微型化。

浸沒式超疏水(SHPo)表面的微結構中的空氣層使液體能夠在表面上滑動，從而降低了阻力。然而，表面保留的空氣層的不穩定性阻礙了這種表面在實際中的應用。因此需要研究各種影響因素對氣層不穩定性的影響。但是，大多數以前的研究僅考慮在壓力近乎均勻的條件下，已定結構的超疏水表面收到空氣擴散，冷凝等因素的影響。實際上超疏水表面在應用中不可避免地要承受不均勻的壓力條件，表面結構的設計也是影響實際應用效果的主要因素，因此，目前的研究和觀測實驗都存在著不足。

發明內容

本發明的目的在于提供一種適用于超疏水表面的觀測實驗裝置，以解決上述問題。

為實現上述目的，本發明采用以下技術方案：

一種適用于超疏水表面的觀測實驗裝置，包括流道裝置、觀測裝置和待測表面；觀測裝置設置在流道裝置的側面，待測表面設置在流道裝置的底部；流道裝置包括長直流道、注射泵、控制閥和壓力孔；長直流道不配置下表面，待測表面設置在長直流道的下表面處，長直流道的兩端分別為流道進水口和流道出水口，注射泵設置在流道進水口處，控制閥設置在流道出水口處；長直流道分為整流區和測試區，若干壓力孔設置在測試區域的流道頂部，壓力孔上均設置有壓力抽頭，壓力表和壓差表連接在壓力抽頭上；觀測裝置包括發射器和接收器，發射器和接收器分別配置在測試區的兩側。

進一步的，長直流道為方形，口徑尺寸為1mm*1mm；長直流道和待測表面使用的材料為聚二甲基硅氧烷。

進一步的，待測表面上有寬度為200μm的脊結構，將待測表面隔開成兩個分區，長直流道的整流區長度為13cm，長直流道的測試區長度為8cm。

進一步的，發射器包括激光光源和光擴散器；激光光源上設置有光擴散器。

進一步的，接收器包括高速相機和10x物鏡；10x物鏡設置在高速相機上。

進一步的，待測表面為不同寬度的溝壑；待測表面的氣體分數都選為50％，溝壑結構深度為50μm。

進一步的，壓力孔的個數為三個，壓差表連接在測試區兩段的壓力抽頭上，壓力表連接在測試區中間的壓力抽頭上。

與現有技術相比，本發明有以下技術效果：

本發明的測試實驗裝置可以用流道一端的注射泵向流道內供應去離子水，通過另一端連接的壓力閥調節水壓值。整流區設置得足夠的長，確保了針對測試的實驗流量條件盡量穩定。連接在測試區兩端壓力抽頭上的壓差表和連接在中間部分壓力抽頭上的壓力表可以實時測試水壓和壓力降。觀測裝置配置的光擴散器和高倍物鏡，有利于高速相機捕獲位于溝槽中的氣體層的動態運動。通過觀測裝置觀察和記錄測試表面的情況，實現了水壓梯度對SHPo表面穩定性和減阻效果影響效果的測量和研究。