氩冷等离子体制备极端润湿性表面及性能研究

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大气压冷等离子体射流是一种新型的放电技术,与传统的平行板放电相比,大气压冷等离子体射流不受处理材料与尺寸的限制,在材料加工、抛光刻蚀、航空航天、生物医学等方面具有重大的应用价值。因此,研究大气压冷等离子体射流具有重大的意义与实用价值。论文以针电极作为正极,环电级作为负极,搭建针-环结构的单根等离子体射流装置,以单根装置作为单元,向外扩展为阵列结构的大面积等离子体射流装置。向内缩小为单针电极结构的微细等离子体射流装置,研究了大面积与微细等离子体的射流特性。并通过大面积等离子体制备具有超疏水结构的润湿性表面,利用微细等离子体在具有超疏水结构的润湿性表面上改性超亲水区域。并制备出同时具有超亲水与超疏水区域的润湿性表面,实现了液体的定向运输。论文的主要研究内容如下:大面积冷等离子体射流特性分析。搭建了19管环形阵列、9管矩形阵列、7管环形阵列等离子体射流装置。分析了气体流量、电压、环电级距离对等离子体射流特性的影响。研究发现:三种装置在气体流量增加、电压升高时,射流长度先增加后减小,温度先升高后降低。在电压过高时,发生回流,温度下降。在环电级距离增加时,19管与7管装置的射流长度则呈现缓慢增加的趋势,9管装置的射流长度变化波动较为剧烈,而三种装置的温度先升高后下降。超疏水表面的制备与润湿性分析。利用7管阵列装置制备了超疏水表面,实验方案分为两种,垂直法制备与平行法制备。实验结果表明:在电压、氩气流量、单体流量增加时,两种方案中接触角先增大后减小。当处理时间、频率增加时,方案一中接触角先减小后增大。方案二中接触角先增大后减小。处理距离增加时,方案一中接触角先增大后减小。在对方案一制备的超疏表面进行润湿性趋势分析时,结果表明:边缘与交界处的接触角较小,顶点、中心与区域的接触角较大。并利用超疏水表面验证了其自清洁性能以及防染色功能。微细冷等离子体射流特性与超亲水改性面积分析。利用单针电极结构,搭建了直径为100μm、400μm的微细等离子体射流装置。分析了气体流量、电压对微细等离子体射流特性影响。实验结果表明:在气体流量增加、电压升高时,两种装置射流长度先增加后减小。流量变化时,温度先升高后降低,电压升高时,温度持续升高。利用100μm管对超疏水表面进行亲水改性处理时,实验结果表明:处理距离的增加会使超亲水改性面积减小。电压、处理时间、频率、流量的增加会使超亲水改性面积增大。最后利用优化后的工艺参数,制备出同时具有超疏水与超亲水区域的极端润湿性表面,并实现了液体的定向运输。
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