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去耦合機(jī)制將表面浸潤(rùn)性和機(jī)械穩(wěn)定性拆分至兩種不同的結(jié)構(gòu)尺度

通常，減少固-液接觸是增強(qiáng)表面超疏水性的常用手段，根據(jù)Cassie-Baxter方程，固-液接觸面積的減小，有利于提高表觀接觸角和降低滾動(dòng)角。但由于接觸面積的降低，必然導(dǎo)致微/納結(jié)構(gòu)承受更高的局部壓強(qiáng)，從而更易磨損，這就意味著超疏水性和機(jī)械穩(wěn)定性在提高一種性能時(shí)必然導(dǎo)致另一種性能下降。該論文基于全新思路，首次通過去耦合機(jī)制將超疏水性和機(jī)械穩(wěn)定性拆分至兩種不同的結(jié)構(gòu)尺度，并提出微結(jié)構(gòu)“鎧甲”保護(hù)超疏水納米材料免遭摩擦磨損的概念。結(jié)合浸潤(rùn)性理論和機(jī)械力學(xué)原理分析得出微結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原則，利用光刻、冷/熱壓等微細(xì)加工技術(shù)將裝甲結(jié)構(gòu)制備于硅片、陶瓷、金屬、玻璃等普適性基材表面，與超疏水納米材料復(fù)合構(gòu)建出具有優(yōu)良機(jī)械穩(wěn)定性的鎧甲化超疏水表面。該工作在集成高強(qiáng)度機(jī)械穩(wěn)定性、耐化學(xué)腐蝕和熱降解、抗高速射流沖擊和抗冷凝失效等綜合性能的同時(shí)，還實(shí)現(xiàn)了玻璃鎧甲化表面的高透光率，為該表面應(yīng)用于自清潔車用玻璃、太陽能電池蓋板、建筑玻璃幕墻創(chuàng)造了必要條件。研究人員將該表面應(yīng)用于太陽能電池蓋板，實(shí)現(xiàn)了表面依靠冷凝液滴清除塵埃顆粒的自清潔方式，為少雨地區(qū)提供自清潔太陽能電池的解決方案。基于玻璃裝甲化表面的自清潔技術(shù)可巧妙地利用雨或霧滴消除粉塵、鳥類糞便等污染，長(zhǎng)期維持太陽能電池高效的能量轉(zhuǎn)換，并節(jié)省傳統(tǒng)清潔過程中必需的淡水資源和勞動(dòng)力成本。該論文創(chuàng)新的設(shè)計(jì)思路和通用的制造策略展示了鎧甲化超疏表面非凡的應(yīng)用潛力，必將進(jìn)一步推動(dòng)超疏水表面進(jìn)入廣泛的實(shí)際應(yīng)用。

電子科技大學(xué) 2021-04-11

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