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飛秒激光誘導陶瓷表面防冰
（論文部分內容摘抄）
飛秒激光作為一種高效、精確的微加工工具，在材料加工領域有著廣泛的應用。超疏水表面在防結冰、自清潔和耐霜等方面有著廣泛的應用。本文在氧化鋁陶瓷表面利用飛秒激光誘導出嵌套式微納米結構，經聚二甲基硅氧烷(PDMS)修飾后，飛秒激光誘導的陶瓷表面從超親水性轉變?yōu)槌杷?，研究了功能陶瓷表面的抗結冰和耐霜性能。掃描電子顯微鏡(SEM)圖像表明，交叉掃描激光處理方式可以誘導陶瓷表面的嵌套微/納米結構，從而獲得優(yōu)異的超疏水表面與水的接觸角(WCA)至176.39°和水滾角(WRA)低至1°。實驗結果表明，超疏水表面液滴結冰的動態(tài)過程包括三種典型狀態(tài)，液滴的凍結延遲時間主要是由液相變?yōu)楸鶜ひ鸬?。超疏水陶瓷表面的結冰延遲時間比基體陶表面長189s，此外，超疏水陶瓷表面相鄰凝結水滴之間的距離大于基體陶瓷表面，可以有效防止霜的擴散，具有抗結冰性能的超疏水陶瓷在輸電線路、飛機、風力發(fā)電機葉片、空調管路和化工生產等領域具有廣泛的應用前景。
陶瓷是一種常見的工業(yè)材料，具有優(yōu)良的電氣絕緣性、化學穩(wěn)定性和高硬度。例如，一些用于輸電線路的絕緣體是由陶瓷制成的。由于陶瓷絕緣子經常暴露在霧、雨雪等天氣條件下，附著在其上的水珠、霜或冰會對其絕緣性能產生影響，導致閃絡，這已被確認為對輸電安全性的主要威脅，因此，迫切需要開發(fā)具有超疏水性和防冰性能的陶瓷。
眾所周知，超疏水表面具有自潔性、等特性?？箖鲂缘葞讉€方面。因此，開發(fā)超疏水表面是實現陶瓷抗凍性的極好途徑。自然界中也有許多具有超疏水表面的生物，如紫荊葉、荷葉、豬籠草等。自然生物已經進化出完美的超疏水表面。
當液滴被滴到固定在冷卻平臺上的未磨損的陶瓷樣品上時，高速攝像機和光學接觸角測量儀記錄了動態(tài)結冰過程。如圖S5所示，由高速攝像機(pco.dimax HS4)記錄的液滴從底部到頂部結冰，結冰過程包括三個特征狀態(tài)。當冷卻平臺的溫度降低時，液滴從液相(狀態(tài)1)變?yōu)楸鶜?狀態(tài)2)。此時，液滴處于固液。
本文采用飛秒激光在陶瓷表面誘導形成嵌套微納米結構，并用PDMS對其進行改性。激光功率的影響和詳細研究了陶瓷表面潤濕性的處理模式，實驗結果表明，通過高激光功率和交叉掃描模式的結合，可以制備出覆蓋有嵌套微/納米結構的超疏水陶瓷表面，超疏水表面的 WCA和WRA分別為 176.39°和 1°，通過顯微鏡、高速相機和 OCA儀對不同激光功率和掃描模式處理的功能陶瓷的抗凍性和抗結冰性進行了研究。
筆者感謝廣州市元奧儀器有限公司提供的高速攝像機( 德國 Excelitas PCO 生產的pco.dimax HS4 高速相機)，本工作得到了國家自然科學基金委員會的支持。
德國 Excelitas PCO 公司的pco.dimax高速相機，具備高分辨率、高感光度、高幀率的優(yōu)點，將高速實驗過程完美記錄，為實驗提供強而有力的圖像數據支持。
廣州市元奧儀器有限公司作為德國 Excelitas PCO 公司高速攝像機在中國的代理商之一，為客戶提供各種高速成像系統(tǒng)解決方案，如對相關產品感到興趣，歡迎隨時聯系交流。
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