1绪论
1.1超疏水表面抗凝露抗结霜研究进展
Long Yin等人分别测试了荷叶在极低和极高的相对湿度条件下的接触角和滚动角。测试结果表明在相对湿度小于10%的干燥环境中荷叶表面可以保持稳定的超疏水性能，但是当相对湿度高于90%后，温度低于icrc之后，水汽凝结使荷叶表面的接触角下降滚动角增大，使荷叶表面暂时失去了超疏水性能。这些结果表明环境因素包括温度和湿度可能影响荷叶表面的超疏水性能。他们又对比研究了天然荷叶表面和人造超疏水表面在控制水汽凝结条件下的超疏水性能的稳定性。相对湿度分别为10%、30%、60%、90%条件下的滚动角和接触角，他们发现在相对湿度较低（低于60%)时，荷叶表面和仿荷叶表面的超疏水性能都不受温度变化的影响，当相对湿度较高（高于60%)时，由于水汽的逐步凝结使各表面的接触角下降滚动角增大。他们认为无论是荷叶表面还是仿荷叶超疏水表面由于凝结的水汽浸入其微米结构中而发生了 Cassie状态向Wenzd状态的转换使其接触角下降。这些研究有助于我们理解表面结构和环境因素的协同效应对排水性的影响，同时也告诉我们仿荷叶超疏水表面并不适合应用于抗凝露，因此我们需要从自然界中寻找新的灵感来设计具有抗凝露性能的超疏水表面，在设计超疏水表面时，要考虑其在实际应用中（抗凝露、抗结冰）的可行性，要求其不仅要具有合适的结构设计而且要具有环境适应能力。
………………
1.2超疏水银材表面的制备技术
Liu等[45]采用Si02 (平均直径为200nm)喷砂工艺在TieALjV合金表面产生粗縫结构，当Si02粒子在HF水溶液中浸泡去除后，表面均勻分布有许多平均直径为8µm的弹坑及其形成的稳定网状多孔结构，处理过程不会改变表面的化学组成，然而这种弹坑结构经PDMSVT化学修饰后获得了接触角大于150°滚动角小于5°且具有很好的机械稳定性的超疏水表面。IsseiTsuji[46]采用喷砂和电解液刻蚀相结合的方法在铝材表面构筑了具有不规则碎片的粗糖表面，采用低表面能含氟院烃修饰后该表面即具有优异的超疏水和超疏油性能。栗常红等[47]通过在喷砂粗化后的招片中植入纳米Si02颗粒在表面形成纳米结构，经PFO乙醇溶液修饰后获得了超疏水表面，该表面与水的静态接触角为173°，滚动角为2.5°。
……………
2铝材表面纳米突起阵列结构的可控制备及机理研究
2.1前言
铝及其合金因其导电和导热性好，是人类应用最早和最广的工程材料，产量仅次于钢而位居第二。在制冷、低温运行和户外使用的培制零部件中，绍由于表面能较高，水分子易吸附聚集，从而也极易凝露结霜结冰，严重影响了招产品的导热和导电性能，给产品和设备的稳定工作带来了较大的危害。特别是设备运行中如空调、冰箱的散热片等，由于相对湿度过大而出现凝露，这大大降低了散热片的传热效率，浪费了大量的电力资源，还极容易引起设备绝缘下降引发短路故障，另外，长时间处于潮湿状态的散热片表面还容易滋生霉菌污染室内环境[i6],需要经常清洗。工业上传统的防凝露、防结霜方法大多基于除湿、保温思路，但这些方法不能从根本上解决问题，且以大量能耗为代价。可见用传统技术去解决这些问题已经无能为力了。从20世纪70年代幵始，国内外相继开展了对换热器用招箱进行预处理以改善其表面性能的研究，主要采用涂层技术对锅箱进行处理。到90年代，换热器表面涂层处理技术已开始应用于工业生产，其中日本和东南亚国家多用亲水膜处理技术，而欧美国家多用疏水膜处理技术。但是，工业上采用亲水膜和疏水膜处理技术只是改善了水桥问题，并没有解决换热器表面的凝露结霜问题[83]。近年来，受自然界的启发，人们发现超疏水表面上水滴与该表面的接触面积非常小，并且水滴不能在该表面上稳定停留，稍微倾斜或抖动该表面水滴便会从该表面滚落而不留下任何痕迹。因此如若能够在招箱及其合金表面获得超疏水性能，就可以减小其表面与凝结的水滴的接触面积并且表面凝结的水滴很容易滚走，使招箱及其合金表面具有自清洁、抗凝露、抗结霜、耐腐烛等性能，显著提高错箱及其合金的使用性能。
…………
2.2实验部分
采用一步变电压氧化法在锅箱表面制备纳米孔与纳米突起复合的阵列结构，该新型结构的具体制备路线如下:将锅箱裁剪成直径5cm的圆片一清洗4电化学抛光—预氧化处理—剥蚀4变电压氧化—水洗吹干—氧化锅纳米孔与纳米突起复合结构—FAS修饰—非粘性超疏水样品。同时采用三种预处理方法来制备样品，通过改变预处理条件（抛光、预氧化后剥烛）观察预处理条件对招箱表面形貌及性能的影响，这三条路径分别为：预氧化剥烛处理后变电压氧化、抛光后变电压氧化和不抛光直接变电压氧化，分别采用这3条路径来制备样品1、2、3，样品1、2、3的制备流程图如上图2.1所示。电化学抛光主要是利用电化学作用对错箱表面的微观不平整结构进行选择性溶解，降低其表面粗糖度获得光滑平整表面。采用体积比为1:4的高氯酸和乙醇的混合溶液为抛光液，清洗过的招箱为阳极，怕电极为阴极，以20V的电压在0°C的抛光液中抛光8~10min,使招箱表面呈镜面状，用去离子水冲洗招箱表面残留的离子杂质，琼干备用。绍箱的预图案阳极氧化处理在一个配有高效冷却系统的电解池中进行（图2.2[86])。该装置主要由主体和支管两部分组成，开口处有夹具，绍箱只有一面与电解液接触发生阳极氧化，其中招箱为阳极，销电极为阴极，两极之间的距离约为13cin。主体部分通过在夹层中通循环冷却液和对电解质溶液剧烈的磁力搅拌可确保快速去除绍片表面高强度阳极氧化产生的大量反应热；为了有效去除反应热，锅涪背面也进行循环冷却，冷却液采用乙醇。
………………
3超疏水铝箔表面抗凝露性能研究.......... 36
3.1前言 .......... 36
3.2实验部分.......... 37
3.2.1实验试剂和仪器.......... 37
3.2.2样品制备 .......... 37
3.2.3样品表面疏水化处理.......... 38
3.2.4样品性能表征.......... 38
3.2.5露点近似计算.......... 39
3.2.6抗凝露实验过程.......... 39
3.3结果与讨论 .......... 40
3.3.1表面形貌与非粘性表征.......... 40
3.3.2撞击稳定性测试.......... 44
3.3.3抗凝露性能测试.......... 46
3.4结果与讨论 .......... 52
4超疏水铝箔表面抗结冰抗结霜性能研究.......... 53
4.1实验部分 .......... 54
4.1.1实验仪器 .......... 54
4.1.2试验用样品.......... 54
4.1.3样品表面抗结冰性能研究.......... 55
4.1.4样品表面抗结霜性能研究.......... 57
4.2结果与讨论.......... 57
5总结与展望.......... 67
4超疏水锅箔表面抗结冰抗结霜性能研究
当温度低于0°c的过冷雨滴（冻雨）与地面或飞机等物相碰时就会即刻冻结。这种雨从天空落下时，在碰到树枝、电线、枯草或其它地上物，就会在这些物体上冻结成外表光滑、晶莹透明的一层冰壳，有时边冻边淌，形成冰柱。冻雨对高压电缆、电线、通讯网络、公路、机场等室外设施都会造成严重的影响。近年来，冻雨雪灾害越发的严重，对户外设施造成了巨大的破坏，特别是高压输电线缆上冻结的冰霜不仅增加了导线的负荷，还可能造成塔杆扭转、弯曲，甚至折断["8，119]，不仅给人们的生命安全带来了威胁，也给社会经济带来了巨大的损失，因而引起了人们的广泛关注。铝及其合金因其导电和导热性好，是人类应用最早和最广的工程材料。在制冷、低温运行和户外使用的招制零部件中，招由于表面能较高，水分子易吸附聚集，从而也极易凝露结霜结冰，严重影响了绍产品的导热和导电性能，给产品和设备的稳定工作带来了较大的危害。到目前为止，人们常用的除冰除霜方法大多基于融冰和除冰，如：热力除冰，机械除冰，过电流融冰、敷设发热导体[12^等。然而这些常用的除冰除霜方法耗不但操作困难，损耗大量财力，安全性不高，并且所造成的灾害已然存在。针对这些情况，很多研究人员力图找出更有效的解决方法。经过几十年的研究，研究者发现要实现招材表面的抗结冰抗结霜性能，需要一种新型的非粘性超疏水绍箱，来抑制或延迟霜晶的形成，进而从根本上解决工程铝材表面的结冰结霜问题，这也是实现节能高效与环境友好型制冷家电、输电线路的关键。
…………
结论
本文根据非粘性超疏水界面的设计原理，将纳米技术与仿生技术有机结合，采用一步变电压电化学阳极氧化法制备了超疏水招箱表面，并研究了该超疏水招箱表面的抗凝露性能研究和抗结霜结冰特性。具体研究结论如下：釆用一步变电压电化学阳极氧化法，选用磷酸作为电解液成功地在铝材表面构筑了氧化锅纳米孔与纳米突起复合阵列结构，并对其进行氟娃焼修饰使其具有超疏水性能。采用三种不同的预处理条件处理招箱，通过各预处理条件下所制备的样品的表面形貌的对比观察和超疏水性能对比测试，简化了实验流程。此制备方法简单易行，不需要特殊的实验装置，制备时间短，成本非常低廉，因此该制备方法有望应用于大规模生产。通过调控反应过程中各试验参数（反应液浓度、反应起始电压、反应液温度、电流升到1.0A后继续氧化时间、电极之间距离和升压速率)，讨论了实验过程中各试验参数对样品表面形貌和性能的影响，实现了招材表面超疏水纳米结构的可控制备，获得了具有最佳的超疏水性能、最简单、最节约成本的实验条件。具有最佳的超疏水性能的绍材表面的孔径为120nm左右、孔间距为160mn左右、突起直径40nm左右的。
……………
参考文献（略）