仿生楔形脊超滑表面强化滴状冷凝特性及集水性能研究OA

目的高效滴状冷凝对水收集、冷凝传热、海水淡化等应用至关重要。现有实现高效滴状冷凝的方法依赖精密的微纳结构设计,亟需简单的设计理念实现高效滴状冷凝。方法受仙人掌刺的液滴定向输运特性和猪笼草超滑表面液滴低黏附特性的启发,提出一种仿生楔形脊超滑表面来强化滴状冷凝。依次采用微铣削、沸水蚀刻、低表面能处理及油浸渍的工艺流程,在铝合金基底上制备楔形脊超滑表面,并系统探究了普通平面超滑表面和楔形脊超滑表面的冷凝液滴动力学行为和水收集性能。结果研究表明,楔形脊能够实现冷凝液滴的定向输运,从而加速冷凝液滴的合并生长;同时超滑界面有效降低了冷凝液滴的脱离尺寸,上述特性共同实现表面滴状冷凝强化。通过水收集实验进一步证明了楔形脊超滑表面强化冷凝的显著优势,当湿空气温度为13.7℃,空气湿度95.7%,样品表面温度为(1±0.1)℃时,楔形脊超滑表面的平均水收集量是普通平面超滑表面的1.9倍。结论通过模仿仙人掌刺和猪笼草超滑表面的界面特性提出的楔形脊超滑表面,能够实现高效滴状冷凝,这项基础认知与创新设计方法可广泛应用于各类集水系统与相变传热装置。