疏水性材料减阻特性实验研究

超疏水减阻的研究进展摘要：超疏水表面在工农业生产和日常生活中具有广阔的应用前景。

本文主要回顾了超疏水表面的主要基本理论及其在减阻中的应用。

关键词：静态接触角；接触角滞后；滚动角；减阻1.引言近年来，超疏水表面引起了广泛的关注，它在工农业生产和人们的日常生活中具有极其广阔的应用前景。

追踪到20世纪30年代，有关减小阻力的研究就出现了，但最开始的研究工作集中在减小表面粗糙度。

减阻结构的设计和机理一直受到人们的关注。

在适应和自然选择长期进化的过程中，生物体已形成各种功能特征。

进一步加深对减阻的认识，特别是降低水下运动物体的阻力，对仿生学的研究起到了推动作用其中特别重要的启示来自对海豚和鲨鱼皮肤的研究。

本文主要回顾了超疏水表面的基本理论及其在减阻中的应用。

2.超疏水表面相关理论表征固体表面的润湿特性是超疏水材料研究中的重要课题[1]。

目前，研究人员已经开发了多种方法来表征表面润湿性，例如，静态接触角、接触角滞后、滚动角等。

2.1静态接触角将少量液体滴加到固体表面，液体可以形成液滴。

在达到平衡时，固体表面上的某个液滴将保持一定的液滴形状，如图1所示。

接触角是气-液-固三相边界线上任意点O处液体的表面张力?gl与液-固界面张力?ls之间的夹角，由?表示。

当固体表面与水的接触角为（?）0°<??90°时，表面称为亲水表面；当90°<?<180°时，该表面称为疏水表面；超疏水表面是指具有接近或大于150°的接触角的表面，并且考虑到接触角滞后和滚动角，可以进一步对超疏水表面进行分类。

滚动角小于10°的超疏水表面可称为自清洁表面。

图1静态接触角示意图液滴在固体表面上保持一定的形状，这是在三相边界线上的任何点处的三个界面张力的合力的结果，也就是说，固体表面上的水滴的形状受到表面张力的影响，并且还受到液滴本身的重力的影响。

因此，在进行接触角测量时，应使用相同体积的液滴。

疏水表面减阻的机理嘿，咱今天就来讲讲疏水表面减阻这个神奇的事儿！你想想啊，水就像个调皮的小孩子，老爱给我们找麻烦，在物体表面捣乱，增加阻力。

但要是这表面变得疏水了呢，那可就不一样啦！疏水表面啊，就好像给物体穿上了一件特别的“雨衣”。

水碰到它呀，就没法那么容易地黏上去，“哧溜”一下就滑过去了。

这就好比我们走路，要是路上都是泥泞，那走起来得多费劲啊，但要是路很光滑，那走起来不就轻松多啦？你看那些水里游的动物，它们的身体表面很多就是疏水的呢。

它们在水里游得那么自在，是不是很让人羡慕呀？其实我们也可以借鉴一下它们的智慧呀。

疏水表面减阻的机理呢，就像是一场巧妙的魔术。

它让水对物体的“纠缠”变少了，减少了摩擦。

就好像两个朋友，本来老是黏在一起，现在有了个办法让他们保持一点距离，这样行动起来就更方便快捷啦。

那怎么才能实现疏水表面呢？这可就有很多门道啦。

可以通过改变表面的结构，让它变得粗糙或者有特殊的纹理。

这就像给表面打造了一个独特的“地形”，水在上面就不容易呆住啦。

或者用一些特殊的材料来制作表面，让水对它“不感兴趣”。

想象一下，如果我们的船都用上疏水表面，那在水里航行的时候不就能省好多力气，跑得更快啦？还有那些在水下工作的设备，也能更高效地工作呀。

在生活中，我们也能处处发现疏水表面减阻的应用呢。

比如一些防水的衣物，水溅上去就滑落了，不会湿透衣服，这不也是一种减阻的体现嘛。

还有那些自清洁的表面，水一冲就干净了，多方便呀。

疏水表面减阻真的是个很神奇又很实用的东西呀。

它能让我们的生活变得更便利，让各种设备运行得更高效。

我们可不要小看了这个小小的现象，它背后蕴含着大大的智慧呢！所以呀，大家都来多了解了解疏水表面减阻吧，说不定哪天你就能发现它在你身边发挥着大作用呢！这可不是开玩笑的哟！。

超疏水材料在水管内壁减阻的应用王争闯;张芳芳;张亚楠;侯一帆;杨腾飞;王梦悦;杨奎;辛晓芸;张轲【期刊名称】《平顶山学院学报》【年(卷),期】2013(028)005【摘要】针对超疏水表面功能材料在流动减阻方面的潜在应用,并结合水利与环境方面的专业知识,以节约能源提高效率为目的,展开了关于超疏水管道的有关研究.通过实验研究疏水材料应用于输水管道的减阻效果,并与普通接触角的超疏水管道对比,得出接触角与减阻效果的图表,继而提出应用于实际的方案.通过实验研究,发现随着接触角增大输水管道内水的流速也有增大趋势.也简要综述了前期的超疏水材料制备和生物应用方面的研究工作.【总页数】5页(P61-65)【作者】王争闯;张芳芳;张亚楠;侯一帆;杨腾飞;王梦悦;杨奎;辛晓芸;张轲【作者单位】郑州大学化学与分子工程学院,河南郑州450001;郑州大学化学与分子工程学院,河南郑州450001;郑州大学化学与分子工程学院,河南郑州450001;郑州大学化学与分子工程学院,河南郑州450001;郑州大学水利与环境学院,河南郑州450001;郑州大学水利与环境学院,河南郑州450001;郑州大学水利与环境学院,河南郑州450001;郑州大学水利与环境学院,河南郑州450001;郑州大学化学与分子工程学院,河南郑州450001【正文语种】中文【中图分类】TQ021.1;TV131.2+2【相关文献】1.海底管道内壁减阻涂层技术应用研究 [J], 谭红莹;刘培林;王军;雷震名;孙祥杰2.超疏水性表面上的流体滑移及其减阻应用 [J], 赵加鹏;石秀华;耿兴国;侯志敏3.超疏水表面滑移理论及其减阻应用研究进展 [J], 王新亮;狄勤丰;张任良;顾春元4.兰州化物所在超疏水材料减阻研究方面取得新进展 [J],5.基于数值模拟的超疏水材料减阻性能研究 [J], 张宇姣;董力群;张亚军;庄俭因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

超疏水材料的研究进展摘要：对植物叶表面的超疏水现象研究表明：植物叶表面的微观结构是引起超疏水的根本原因。

本文通过对荷叶表面的研究得到超疏水材料具有的特点：微纳米尺度复合的阶层结构。

通过相分离方法得到超疏水材料，最后对超疏水材料的研究趋势作了展望．关键词：超疏水材料微纳双重结构接触角滚动角Abstract：By studying the nature superhydrophobic bio-surfaces indicates that : the incooperation of micro-structure and nano-structure are both important for the superhydrophobic materials. Such structures are the key for the superhydrophobic material . The phase separation method is employed to prepare the superhydrophobic materials. The latest trends in the study of superhydrophobic materials are also discussed．Key words：Superhydrophobic materials；Micro-structure and nano-structure ; Contect angle; Roll angle引言近年来，植物叶表面的超疏水现象引起了人们的关注。

所谓植物超疏水能力，就是植物叶面具有显著的疏水，脱附，防粘，自清洁功能等。

固体表面浸润性研究的就是材料的疏水能力。

浸润性是指液体可以渐渐渗入或附着在固体表面的特性。

接触角和滚动角是评价固体表面浸润性的重要指标。

所谓超疏水表面一般是指与水的接触角大于150º。

层流状态下超疏水表面流场建模与减阻特性仿真研究宋保维;袁潇;胡海豹【摘要】To our knowledge, there is almost no paper in the open literature dealing with what is mentioned in the title. Taking into account the micro-structural characteristics of a superhydrophobic surface, we use the Cassie model and the volume of fluid ( VOF) model to simulate its flow field in the laminar flow between two infinitively large plates. To do so, we apply structural grids to dividing the computing domain. Then we analyze the drag reduction characteristics of the superhydrophobic surface in terms of velocity distribution, pressure distribution, slide velocity and drag reduction rate. The simulation results, given in Figs. 4 through 17, and their analysis show preliminarily that; (1) there is pressure difference drag near the groove of the superhydrophobic surface, producing a low-speed whirlpool inside the groove and both the thrust effect and the vortex cushion effect; (2) the drag reduction rate of the superhydrophobic surface increases with increasing width of the groove, decreases with increasing space between grooves and increases with increasing flow velocity, but does not increase with increasing depth of the groove; (3) the rectangular groove is more effective for drag reduction than both the V-shape groove and the U-shape groove.%在充分发展层流状态下对具有规则微观结构的超疏水表面流场进行数值仿真研究,分析了超疏水表面流场的减阻特性.针对超疏水表面微观结构特点,采用Cassie接触模型,对计算域利用结构化网格进行划分,采用VOF多向流模型进行数值仿真.研究表明:超疏水表面凹槽附近产生压差阻力导致凹槽内部形成低速漩涡,产生推动效应与涡垫效应；超疏水表面减阻率随凹槽槽宽增大而增大,受凹槽深度影响不显著,矩形凹槽比V形凹槽与U形凹槽有更好的减阻效果.【期刊名称】《西北工业大学学报》【年(卷),期】2012(030)005【总页数】6页(P712-717)【关键词】超疏水表面;层流;减阻;滑移【作者】宋保维;袁潇;胡海豹【作者单位】西北工业大学航海学院,陕西西安710072;西北工业大学航海学院,陕西西安710072;西北工业大学航海学院,陕西西安710072【正文语种】中文【中图分类】O357.4所谓超疏水表面(Superhydrophobic surface)是指其上液滴的表观接触角大于150°的固体表面。

纳米材料的疏水性能及其应用研究当我们谈到纳米材料时，我们通常会想到它们的高强度、高导电性以及其他许多有用的特性。

然而，纳米材料的疏水性能也是一个非常重要的方面。

在本文中，我们将介绍纳米材料的疏水性能及其应用研究。

1. 纳米材料的疏水性能疏水性是指材料对水的亲水性质的抵抗，也就是表面对水的抵挡能力。

在纳米材料中，这种性质通常是由于表面的微观结构所引起的。

纳米材料的疏水性能通常被描述为接触角，也就是水在材料表面的角度。

如果材料表面越疏水，那么水滴通常会聚成球形，而不是扩散开来。

这是由于材料表面会产生一种叫做极性的力，与水分子之间的相互作用力相对较弱。

当水滴接触到该表面时，它们倾向于取回自己的形状，从而形成一个球形。

2. 纳米材料的疏水性应用纳米材料的疏水性广泛应用于一系列领域，包括涂层、纺织品、生物医学器械、以及环境净化。

其中一些应用的例子如下：（1）涂层。

纳米材料的疏水性使得它们成为优秀的涂层材料。

例如，将纳米二氧化硅添加到油漆中，可以显著提高油漆的耐水性能。

（2）纺织品。

通过将纳米细胞纤维素（NFC）添加到棉布中，可以使该棉布变得高度疏水。

这种纳米棉布可用于制造高度防水材料，例如皮卡和帐篷。

（3）生物医学器械。

纳米材料的疏水性能对于生物医学器械的生产也至关重要。

例如，在人工骨骼上涂覆纳米碳纤维可以提高其表面的亲水性，从而促进与人体的接触。

（4）环境净化。

纳米材料的疏水性对于防止水污染也很有用。

例如，在雨水管内涂上纳米涂层，可以防止水滴附着在管道表面上，从而减少管道内的水污染。

3. 总结纳米材料的疏水性能是一类富有前途的属性，其应用范围广泛。

通过掌握纳米材料的特性以及其在各个领域的应用，我们可以更好地为我们社会的发展做出贡献，达到可持续发展的目标。

耐久及导电功能性超疏水材料的研究进展1、研究意义固体材料表面的润湿性是材料科学和表面化学中一个非常重要的特性，许多物理化学过程，如吸附、润滑、粘合、分散和摩擦均与表面浸润性密切相关[1-2]。

受自然界中荷叶表面“出淤泥而不染”的特性的启发，德国科学家Bathlott和Neinhuis首次报道了以荷叶为代表的植物表面的不粘水和自清洁现象，指出这种现象是由表面微结构的乳突和疏水性蜡状物共同引起的，超疏水表面由此诞生[3]。

一般地，我们将水接触角大于150°且滚动角小于10°的固体表面，称为超疏水表面。

除荷叶外，大自然中还存在众多具有特殊浸润性的动植物，如芋叶、水稻叶、玫瑰花瓣以及蝉翼、水黾腿、蝴蝶翅膀、蚊子眼睛等[4,5]。

在自然界中这类生物体的启发下，科研工作者于20世纪后期开展了人工构造超疏水材料的研究工作。

超疏水涂层的构筑一般需满足两个条件：一是低表面能，二是足够的粗糙度。

从制备方法上来说，主要有溶胶-凝胶法、模板法、层层自组装法、化学气相沉积法、刻蚀法等。

近年来，随着科学技术的快速发展，超疏水表面在制备技术及性能研究上有了极大的进步，多种超疏水涂层被相继制备出来，在自清洁[6-7]、金属防腐[8-9]、防覆冰[10-11]、油水分离[12-13]、微流体装置[14-15]等领域展现出巨大的应用价值。

然而，目前制备超疏水材料的方法大多涉及繁琐的工艺过程或昂贵的仪器设备，难以用于大面积的生产；此外，大多数超疏水材料在使用过程中存在持久性不佳、耐用性不强等缺点，特别是容易在机械摩擦或刮擦下受到损伤，导致超疏水性能的丧失；同时，随着现代工业和人工智能化的快速发展，单一的超疏水性已经无法满足材料在柔性电子、快速融冰融雪、无人驱动、透明电极等新兴领域中的使用要求[16-19]。

因此，研究和开发制备工艺简单、抵抗外界破坏能力优异、可实现工业化生产的超疏水材料是具有极大价值的。

另外在设计和制备超疏水材料时，除了使其具备超疏水性，同时赋予其可拉伸性、自修复性、透明性、导电性、导热性等至少一种功能，则会进一步拓宽其应用领域并发挥关键作用，这也是目前在超疏水材料领域中的关键性科学问题。