[发明专利]一种可实现液滴饼状弹跳功能的超疏水半球阵列

说明书

本发明提供了一种可实现液滴饼状弹跳功能的超疏水半球阵列，其呈上窄下宽圆弧形状，其中基体‑气界面经外部气体至基体‑半球界面的夹角为α，半球结构与基体接触面的直径为d，相邻半球之间的间距为s，半球顶端距基体底面的垂直高度为h，分别满足70°≤α≤90°，900μm≤d≤1700μm，s≤550μm，600μm≤h≤1100μm；所述的超疏水半球阵列对水滴的接触角≥150°、滚动角≤10°。本发明提出的超疏水半球阵列不仅可呈现液滴饼状弹跳现象，且较现有可实现饼状弹跳功能的柱状阵列具有更好的机械强度，这对饼状弹跳表面的实际应用推广意义重大。

技术领域

本发明属于功能材料技术领域，涉及到一种超疏水半球阵列，且可实现液滴饼状弹跳功能，具体为一种可实现液滴饼状弹跳功能的超疏水半球阵列。

背景技术

近年来，针对冻雨可能造成的输电线断裂、飞机飞行阻力增加、车辆与路面摩擦力降低等安全问题，研究人员一直致力于依靠水滴撞击特定超疏水表面时液-固接触时间短且易滚落的特征来防止冻雨附着。考虑到对固定体积的液滴，液-固接触时间几乎不随撞击速度而发生改变，如何进一步减小液-固接触时间对提高超疏水表面防冻雨抗结冰具有重要意义。2013-2015年间，研究人员陆续发现液滴撞击超疏水表面上高180μm的长条形脊状结构(Nature.2013,503:385-388)、直径高度为几十至几百微米级的长条形脊柱状结构(Nature Communications.2015,6:8001)及横向放置的直径几个毫米的长条形圆柱状结构曲面(Nature Communications.2015,6:10034)时，液-固接触时间均有一定程度的降低。然而，实际应用时大部分雨滴均不会滴落在上述脊状或圆柱状结构曲面上，应用价值较低。

直到2014年，Liu等率先报道了水滴撞击直径20μm～100μm、高度800μm～1200μm、间距100μm的超疏水锥柱和方柱阵列上会出现饼状弹跳(Nature Physics,2014,10:515-519)，液-固接触时间减小约80％。这类亚毫米级柱状结构均能保证雨滴与之接触，应用价值较大。2016年，Hecksher等成功将尺度放大近百倍，在水气球撞击间距为1.85cm的钉子板阵列时实现宏观饼状弹跳功能(European Journal of Physics,2016,38)。2017年，申请人也发现直径≤1250μm、高度600μm～1000μm、间距≤250μm的超疏水圆柱阵列也可实现液滴饼状弹跳(ACS nano,2017,11:9259-9267，专利号201710555340.4和201710568996.X)，且该尺寸易于大面积加工。但超疏水锥柱阵列、方柱阵列以及圆柱阵列的高径比过大，机械强度偏低，且用于飞机表面时易产生大的阻力，影响其实际应用。设计出既可实现液滴饼状弹跳功能，又具有较小高径比、较高机械强度、减阻效果的新型结构阵列异常重要。

发明内容

本发明旨在提供一种可实现液滴饼状弹跳功能的超疏水半球阵列，液滴撞击超疏水半球阵列时，该半球阵列可聚集大量的毛细能进而释放，实现液滴饼状弹起。

本发明的技术方案：

一种可实现液滴饼状弹跳功能的超疏水半球阵列，呈上窄下宽圆弧形状，其中基体-气界面经外部气体至基体-半球界面的夹角为α，半球结构与基体接触面的直径为d，相邻半球之间的间距为s，半球顶端距基体底面的垂直高度为h，分别满足70°≤α≤90°，900μm≤d≤1700μm，s≤550μm，600μm≤h≤1100μm；所述的超疏水半球阵列对水滴的接触角≥150°、滚动角≤10°。

本发明的有益效果：

(1)本发明提出了一种可实现液滴饼状弹跳功能的新型结构——超疏水半球阵列；

(2)本发明提出的超疏水半球阵列的高径比可达0.48以上；

(3)本发明提出的超疏水半球阵列较现有的可实现液滴饼状弹跳的超疏水锥柱、方柱及圆柱阵列具有更好的机械强度。

附图说明