259 / 2021-06-07 10:34:36

一种仿生耐磨超疏水表面的制备及水下减阻特性研究

仿生超疏水表面在水下减阻、自清洁等领域具有重要的应用前景，但是此类表面的耐磨性通常较差，限制了其在更多领域的应用。本文提出一种简单、经济、环保的方法，首先通过喷涂由环氧树脂、十六烷基三甲氧基硅烷和SiO₂纳米颗粒组成的无氟悬浮液来构建坚固的超疏水涂层，然后利用纳秒激光在固体表面烧蚀制备多级微纳米结构，这种微结构作为铠甲保护复合纳米涂层，从而进一步提高超疏水涂层的耐磨性。研究结果表明，所制备的超疏水涂层在胶带剥离、砂纸磨损以及刀刮擦试验条件下显示出坚固的机械稳定性，在高温、紫外线以及室外持续暴露下均保持优异的排斥水性能。利用这种仿生耐磨超疏水涂层能够提高浮力和降低流体阻力。浮力实验表明，该涂层能够降低固体表面能，使得载玻片的载重由水的表面张力支撑成为可能。此外，涂敷涂层的球体撞击自由液面会出现气腔夹带现象，并且球体上的微结构作为铠甲结构保护涂层，减缓球体表面气膜的坍陷，从而在球体上形成稳定的空气层，实现持久的减阻效果。为了进一步验证减阻特性，进行了航行实验，实验结果表明所制备的涂层能够降低流体阻力，具有减阻效果。此研究工作为提高仿生耐磨超疏水涂层在海洋减阻领域应用奠定了一定的理论和技术基础。