[发明专利]一种基于超疏水和超滑表面的气泡捕集装置实现水中自发循环上浮下潜运动的方法

摘要

本发明涉及一种基于超疏水和超滑表面的气泡捕集装置实现水中自发循环上浮下潜运动的方法，受鱼类控制其体内鱼鳔的体积以实现自身上浮和下潜动作的机理为出发点，设计出具有超疏水表面和超滑表面的复合表面材料。该材料对气泡有很强的亲和和黏附作用，在具有微气泡的水环境中可以有效地对气泡进行捕获，捕获的气泡在材料表面定向运输和富集，与此同时，聚集在材料表面的气泡产生向上浮力使整个装置向水面浮起。浮向水面的气泡在接触大气时迅速释放，使整个装置迅速下潜。基于以上机理，所设计的装置实现了在具有气泡的水环境中的自发循环上浮下潜运动过程，将气泡上浮过程的能量耗散进行收集整合转化为可利用的机械能。

主权项

1.一种基于超疏水和超滑表面的气泡捕集装置实现水中自发循环上浮下潜的方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：A.二氧化硅微球的疏水改性：取一定量商用纳米二氧化硅微球分散于甲苯中超声处理30分钟，加入硅烷修饰剂持续大力搅拌3小时，然后离心干燥得到疏水二氧化硅的纳米微球；B.聚合物前驱液配置：取一定量PVDF(聚偏氟乙烯)溶于DMF(N，N‑二甲基甲酰胺)得透明溶液，再加入一定量所得的疏水二氧化硅纳米微球持续搅拌1小时得到均匀的聚合物微球复合前驱溶液；C.复合表面性质纸片材料的制备：取定性滤纸裁剪成合适尺寸，将其浸入所得的聚合物微球复合前驱溶液，充分浸润后提拉干燥，得到均一的超疏水纸片；将超疏水纸片下半部分浸入润滑油中，然后提起，用水冲去多余油液，至此得到具有复合表面性质的纸片，其上部为超疏水表面，下部为超滑表面；D.上浮下潜动态过程模拟：在酸液中加入碳酸氢钠溶液产生气泡以模拟具有气泡的水环境，再将所得的具有复合表面性质的纸片底端坠挂重物并投入到上述微气泡水环境中，记录纸片上浮下潜的运动过程。