表面粗糙化（精选5篇）
表面粗糙化 篇1
一、引言
在很多的案发现场中, 犯罪嫌疑人在作案过程中普遍会在粗糙表面的客体表面上留下指纹。对于这一类指纹的提取, 笔者通过使用ST55型号手提氙灯的多波段光源进行了反复多次的实验和总结, 最终总结出了一套完整的利用多波段光源技术在粗糙表面上提取清晰完整指纹的方法。
二、粗糙客体表面的特征及显示效果
在渗透性的客体表面上, 汗液指纹的主要物质存在于客体的内部, 其表面的汗液物质是极少的。在非渗透性的客体表面中所隐藏的汗液指纹其就存在于客体的表面上, 但是对粗糙客体表面的潜在指纹来说, 客体表面的凹陷深度及手指指纹纹线的高度都是影响其形成完成指纹的因素, 即使案犯在作案过程中在粗糙客体表面使用了很大的压力也很难留下完整的指纹形状, 不存在指纹完整形成的条件, 所以就针对在粗糙客体表面提取完整指纹的问题做出了实验研究。
下面介绍实验步骤及方法:
三、实验需要的材料及操作方法
(一) 工具器材
手提式氙气灯ST55型号、偏振镜片一个、磁粉刷、圆毛刷、比例尺、尼康D7200单反相机一部 (适配微距镜头型号为:AF-S MICRO NIKKOR 105mm 1:3.5-5.6G ED) 及摄影三脚架。
(二) 粗糙客体表面和荧光粉
荧光磁性粉4号, 荧光指纹痕迹粉3号, 均为红色。荧光磁性粉2号及指纹粉1号, 均为绿色。粗糙客体表面实验对象为铝合金箱子表面。
(三) 实验方法和步骤
1. 发现找寻可疑痕迹
首先在粗糙客体表面随机用手指按几个指印, 在暗环境下, 带上护目镜配合多波段光源进行指纹的寻找和发现。这里要说的是在实际的案发现场中, 有经验的同志都应该知道, 首先要使用多波段光源中的白光采用侧光照射法的方式来进行指纹的寻找, 这样能够发现那些留下的灰尘痕迹, 灰尘足印, 指纹及一些微小物证。
2. 发现指纹后进行刷显和拍照
在暗环境下, 使用型号为ST55的手提式氙气灯打侧光观察粗糙客体表面上的指纹。在找到指纹之后, 使用准备好的四种粉末和圆毛刷根据客体的颜色, 按照扩大色差的原则进行刷显。
四、该实验中所需要注意的问题
(一) 因为影响指纹显现的效果的因素有很多, 比如光反射、成痕客体的性质、粗糙表面成痕客体的颜色等等, 所以我们在实验进行拍照过程中要应用系列曝光拍摄的方法来获取最好的拍摄效果, 不仅是单一的增减曝光量来解决该问题。
(二) 在与光源的方向较大角度的纹线, 在光源垂直于纹线是最为的明显, 因为反射的光亮较多, 光斑显示会特别的明显, 这会对指纹的细节特征识别产生严重的干扰和影响, 这时我们可以通过改变入射光源的方向来避免这种现象的发生, 但是这种方式的前提是在同一或者相类似的客观条件之下时才能够使用。
五、对实验结果的总结分析
(一) 采用长波紫外光可以获取比较好的指纹显示效果, 在光源多种模式的组合照射下, 也可以获得比较好的效果。所以在使用氙气灯多波段光源时, 要为其配置以上四种荧光强度高的粉末, 配合粉末的使用可以是光源光谱的范围加宽, 能够更好地显示指纹显现的效果。
(二) 指纹痕迹本身没有荧光效应, 被拍摄的物质和背景之间的色差比较明显, 所以, 在长紫外线光源的作用下, 不加偏振片拍摄到的照片效果相对来说更好。
总而言之:在进行指纹采集时, 针对粗糙客体表面上所遗留的汗液潜藏的指纹, 先要通过对整个案情的分析和判断为前提, 估计出指纹遗留的基本大概时间段, 通过使用多波段检验技术的勘查采集方法来寻找发现指纹的位置, 在有必要条件的情况下进行拍照采集, 如果没有必要条件在使用其他办法来进行显现和采集提取, 所以在粗糙客体表面上进行指纹荧光显现, 要做到全面的考虑客观周围环境, 指纹遗留下的特定条件等综合的分析, 来采用不同的显示方法, 灵活运用进而提高案发现场指纹显示率, 提取采集率, 提升案件的破案效率。
参考文献
[1]丁泽健.开设多波段光源发现痕迹实验[J].湖北警官学院学报, 2010.3.
[2]郑筱春.论指纹证据价值[J].浙江警察学院学报, 2010 (6) :70-71.
表面粗糙化 篇2
一、 表面粗糙度的概念
无论采用哪种加工方法所获得的零件表面，都不是绝对平整和光滑的，放在显微镜(或放大镜)下观察，都不得可以看到微观的峰谷不平痕迹，如图1所示。表面上这种微观不平滑 情况， 一般是受刀具与零件间的运动、摩擦，机床的振动及零件的塑性变形等各种因素的影响而形成的。表面上所具有的这种较小间距和峰谷所组成的微观几何形状特征，称为表 面粗糙度。
图1 表面粗糙度概念
表面粗糙度是评定零件表面质量的一项技术指标，它对零件的配合性质、耐磨性、抗腐象征性、接触刚度、抗疲劳强度、密封性质和外观等都不得有影响。因此，图样上要根据零 件的功能要求，对零件的表面粗糙度做出相应的规定。评定表面粗糙度的主要参数是轮廓算术平均偏差Ra，它是指在取样长度L范围内，补测轮廓线上各点至基准线的距离yi(如图2)的算术平均值，它是指在取样长度L范围内，被测轮 廓线上各点至基准线的距离yi(如图12)的算术平均值，可用下表示：-----------或近似表示为：----------- 轮廓算术平均偏差可用电动轮廓仪测量，运算过程由仪器自动完成。根据GB/T1031—1995F规定(另外还有GB/T3525——以可同时查阅),Ra数值愈小，零件表面愈趋平整光滑 ;Ra的数值，零件表面愈粗糙。
图2 轮廓算术平均编差
图3 轮廓算术平均编差值
二、 表面粗糙度的选用
表面粗糙度参数值的选用，应该既要满足零件表面的功能要求，又要考虑经济合理性。具体选用时，可参照已有的类似零件图，用类比法确定。在满足零件功能要求前提下，应尽量选用较大的表面粗糙度参数值，以降低加工成本。一般地说，零件的工作表面、配合表面、密封表面、运动速度高和单位压力大的摩擦表面等 ，对表面平整光滑程度要求高，参数值应取小些。非工作表面、非配合表面、尺寸精度低的表面，参数值应参数Ra值与加工方法的关系及其应用实例，可供选用时参考。
图4 表面粗糙度获得方法
三、 表面粗糙度的注法(GB—T131——1993)
(一) 表面粗糙度代(符)号
表面粗糙度代号由表面粗糙度符号和在其周围标注的表面粗糙度数值及有关规定符号所组成。
(1)表面粗糙度符号及其画法，如图5所示。表面粗糙度符号的尺寸大小，按图6规定对应选取。
图5 表面粗糙度符号
图6 表面粗糙度符号画法
(2) 糙度数值及其有关规定在符号中的注写位置，如图5所示，标注方法如下： 1)采用表面粗糙度参数值Ra时，省略符号Ra，只将其数值注写在表面粗糙度符号上方，单位为微米(FM)，如图7。
图7 表面粗糙度值注法
2)彩表面粗糙度的其他参数，如轮廓最大高度Rz时，需在其参数值前注出相应的符号，单位为微米(FM)，见图8。
图8 其它表面粗糙度值注法
3)若需要表示取样长度、指定的加工方法，镀覆其他表面处理的要求，或控制加工纹理方向时，其注法如图9。
零件图除了图形、尺寸这外，还必须有制造零件应达到的一些质量要求，一般称为技术要求，
技术要求的内容通常有：表面粗糙度、尺寸公差、形状和位置公差、材料及其热处理 、表面处理等。下面先介绍表面粗糙度及其注法。
一、 表面粗糙度的概念
无论采用哪种加工方法所获得的零件表面，都不是绝对平整和光滑的，放在显微镜(或放大镜)下观察，都不得可以看到微观的峰谷不平痕迹，如图1所示。表面上这种微观不平滑 情况， 一般是受刀具与零件间的运动、摩擦，机床的振动及零件的塑性变形等各种因素的影响而形成的。表面上所具有的这种较小间距和峰谷所组成的微观几何形状特征，称为表 面粗糙度。
图1 表面粗糙度概念
表面粗糙度是评定零件表面质量的一项技术指标，它对零件的配合性质、耐磨性、抗腐象征性、接触刚度、抗疲劳强度、密封性质和外观等都不得有影响。因此，图样上要根据零 件的功能要求，对零件的表面粗糙度做出相应的规定。评定表面粗糙度的主要参数是轮廓算术平均偏差Ra，它是指在取样长度L范围内，补测轮廓线上各点至基准线的距离yi(如图2)的算术平均值，它是指在取样长度L范围内，被测轮 廓线上各点至基准线的距离yi(如图12)的算术平均值，可用下表示：-----------或近似表示为：----------- 轮廓算术平均偏差可用电动轮廓仪测量，运算过程由仪器自动完成。根据GB/T1031—1995F规定(另外还有GB/T3525——2000以可同时查阅),Ra数值愈小，零件表面愈趋平整光滑 ;Ra的数值，零件表面愈粗糙。
图2 轮廓算术平均编差
图3 轮廓算术平均编差值
二、 表面粗糙度的选用
表面粗糙度参数值的选用，应该既要满足零件表面的功能要求，又要考虑经济合理性。具体选用时，可参照已有的类似零件图，用类比法确定。在满足零件功能要求前提下，应尽量选用较大的表面粗糙度参数值，以降低加工成本。一般地说，零件的工作表面、配合表面、密封表面、运动速度高和单位压力大的摩擦表面等 ，对表面平整光滑程度要求高，参数值应取小些。非工作表面、非配合表面、尺寸精度低的表面，参数值应参数Ra值与加工方法的关系及其应用实例，可供选用时参考。
图4 表面粗糙度获得方法
三、 表面粗糙度的注法(GB—T131——1993)
(一) 表面粗糙度代(符)号
表面粗糙度代号由表面粗糙度符号和在其周围标注的表面粗糙度数值及有关规定符号所组成。
(1)表面粗糙度符号及其画法，如图5所示。表面粗糙度符号的尺寸大小，按图6规定对应选取。
图5 表面粗糙度符号
图6 表面粗糙度符号画法
(2) 糙度数值及其有关规定在符号中的注写位置，如图5所示，标注方法如下： 1)采用表面粗糙度参数值Ra时，省略符号Ra，只将其数值注写在表面粗糙度符号上方，单位为微米(FM)，如图7。
图7 表面粗糙度值注法
2)彩表面粗糙度的其他参数，如轮廓最大高度Rz时，需在其参数值前注出相应的符号，单位为微米(FM)，见图8。
图8 其它表面粗糙度值注法
3)若需要表示取样长度、指定的加工方法，镀覆其他表面处理的要求，或控制加工纹理方向时，其注法如图9。
图9 取样长度、指定的加工方法、镀覆或其他表面处理的要求和控制表面加工纹理方向的注法
(二) 表面粗糙度代号在图样上的注法，见图10。
表面粗糙化 篇3
在进行工程图纸的绘制时, 表面粗糙度是一个经常需要标注的项目。但在迄今为止的各个版本的AutoCAD中, 这都是一个空白点。当遇到需要标注的情况时, 一般采用的方法是:先画出粗糙度符号, 然后再将绘制好的粗糙度符号定义成块或属性块 (可改变粗糙度值) , 供以后调用。这种方法标注表面粗糙度时需要定义两个属性块, 一个用来标注位于左方、上方及左上方位的需加工表面粗糙度符号;一个专用于标注下方、右方及右下方位的需加工表面粗糙度符号, 增加了绘图的工作量, 降低了工作效率, 因此需要改进。改进的方法就是进行二次开发, 使原来很多步的工作可以通过一个命令来完成。
1 表面粗糙度的标注
1.1 表面粗糙度的构成内容
表面粗糙度的标注方法在国标GB/T131-2006中有详细的规定。包括基本符号、扩展图形符号, 完整图形符号。其中扩展图形符号又包括用不去除材料的表面图形符号和去除材料的方法获得的表面图形符号, 其内容的构成如图1所示, 其中AB为粗糙度高度参数数值。
1.2 AutoLISP程序的编制
以用去除材料的方法获得的表面粗糙度符号为例, 根据AutoLISP程序设计规则, 编制程序如下:
将该程序保存成文本文件。
1.3 标注表面粗糙度
(1) 打开需要标注表面粗糙度的图形文件。
(2) 加载标注表面粗糙度的AutoLISP程序。
点击“工具”菜单“加载”, 打开如图2所示“加载卸载应用程序”对话框, 加载前面保存了AutoLISP程序的文本文件, 此时命令窗口提示:
命令:appload已成功加载粗糙度.txt.lsp。
已成功加载“粗糙度.txt.lsp”。
单击“关闭”按钮完成AutoLISP程序的加载。
(3) 在命令行输入Rough, 回答“插入点, 文字高、旋转角度、表面粗糙度数值”即可在所需要位置标注出所需要的表面粗糙度。
2 结语
上述表面粗糙度的标注只是利用AutoLISP程序的一个实例。AutoLISP是一种内嵌于AutoCAD中的表处理程序设计语言, 具有很强的表处理功能, 可以直接被A u t o C A D所接受。因此, 人们经常利用AutoLISP语言对AutoCAD进行二次开发或进行参数绘图。扩充了AutoCAD命令的使用范围, 使AutoCAD更好地为用户服务。
参考文献
[1]张欣, 袁钰.AutoCAD2002工程开发实例教程[M].北京希望电子出版社, 2002, 7.
[2]郭朝勇.AutoCAD2002定制与开发[M].清华大学出版社, 2002, 6.
表面粗糙度代号及其参数的注写 篇4
符号
意义
代号
代号的意义
表面粗糙度参数和各项规定注写的位置
基本符号，单独使用这符号是没有意义的
用任何方法获得的表面Ra的最大允许值为3.2μm
a1、a2--粗糙度高度参数的允许值(μm);
b--加工方法，镀涂或其它表面处理;
c--取样长度(mm)，
d--加工纹理方向符号;
e--加工余量(mm);
f--粗糙度间距参数值(mm)或轮廓支承长度率
基本符号上加一短线表示表面粗糙度是用去除材料的方法获得
用去除材料方法获得的表面Ra的最大允许值为3.2μm
用去除材料方法获得的表面Ra的最大允许值(Ramax)为3.2μm，最小允许值(Ramin)为1.6μm
用去除材料方法获得的表面(Ra的最大允许值为3.2μm，Ry的最大允许值为12.5μm
基本符号上加一小圆，表示表面粗糙度是用不去除材料的方法获得，或用于保持原供应状况的表面
规则微观结构粗糙表面浸润性研究 篇5
材料的浸润特性常用表观接触角进行表征, 公认的超疏水材料定义是接触角大于150°, 而本征接触角大于150°的材料在自然界不存在。Barthlott[10]和Neinhuis[11]通过观察具有超疏水自清洁特征植物叶表面的微观结构, 发现超疏水特性是由粗糙表面上微米结构的乳突以及表面蜡状物共同引起的。因此要获得超疏水材料必须同时满足两个条件:材料表面能低以及一定的粗糙度。Onda等[12]利用分形理论将粗糙表面的接触角公式进行了变换, 然而分形结构模型的粗糙度是非常大的, 甚至接近于无穷大, 因此由分形理论得到的浸润特性与现实情况有较大出入。陈晓玲等[13]认为粗糙表面的润湿性可以由液滴在投影面上与固、液、气三相接触的面积比来衡量, 提出了一种新的液滴表观接触角的计算方程, 然而由新的计算方程得到的接触角范围过宽。潘光等[14]分析了微观结构的几何参数对表观接触角的影响, 但分析模型仍旧采用的经典Wenzel模型及Cassie模型。这两种模型可以进行定性分析, 但定量分析时就具有较大的误差。本实验设计并加工了4组具有不同规则微观结构的粗糙表面, 研究其浸润特性并试图提出新的表观接触角预测公式。这4种微观结构分别为圆柱、圆孔、方柱和方孔。
1 超疏水表面浸润性理论
1.1 理想光滑表面的浸润特性理论
关于固体表面浸润性的研究最早可以追溯到1805年, Young等提出的著名的Young′s方程成为人们研究固-液润湿作用的基础。该方程的应用条件是理想表面, 即固体表面是组成均匀、平滑、不变形和各向同性的, 而真实固体表面是具有一定粗糙度的。
1.2 粗糙表面的浸润性理论
Wenzel和Cassie先后在Young′s方程的基础上对浸润模型加以拓展并提出了粗糙表面的接触角预测方程。
Wenzel提出的模型假设液体始终能填满粗糙表面上的凹槽 (图1 (a) ) , 粗糙表面的存在使得液体与固体的实际接触面积要大于表观几何上观察到的面积。由能量关系与Young′s方程推得式 (1) 。
式中:r定义为粗糙度, 是指实际的固-液界面接触面积与表观固-液界面接触面积之比;θr是Wenzel模型下粗糙表面的接触角;θ为固体材料的本征接触角。
Cassie提出的模型是将粗糙不均匀的固体表面设想为固体和空气组成的复合表面 (图1 (b) ) , 而液滴在粗糙表面上的接触也是一种包含液-固和气-液的复合接触。进而推导出式 (2) 。
式中:θ1和θ2分别为液体在成分1和成分2表面的本征接触角;f1和f2分别表示成分1和成分2所占的单位表观面积分数。
2 实验
2.1 具有规则微观结构的粗糙表面的设计及制备
超疏水材料的构建方法很多, 如气相沉积法、阳极氧化法、模板法、自组装法、异相成核法、等离子体处理法、光刻蚀法等[15]。其中异相成核法、等离子体处理法、气相沉积法、阳极氧化法、模板法及自组装法形成的均为非规则微观结构的超疏水表面, 这些方法因制作简单、成本低而具有良好的应用前景, 但表面微观结构的非规则性, 使其难以应用于机理模型的研究。光刻蚀法则可以制成具有规则形状、固定大小和分布的超疏水表面, 为研究具有规则微观结构的超疏水表面的浸润特性带来了可能。
本实验采用光刻蚀法制备了4种结构特征的粗糙表面, 分别为圆柱、圆孔、方柱和方孔, 设计方案如图2所示。考虑到加工工艺问题, 微观结构的特征尺寸d和h均取为30μm, 调节间距a的大小, 进而得到粗糙度不同的表面。每种特征的粗糙表面制作9个, 粗糙度由1.2~2.0均匀分布。
使用的加工材料为聚二甲基硅氧烷 (PDMS) , 实测该种材料的本征接触角为109.8°, 如图3所示。
通过光刻蚀法构建具有规则微观结构的粗糙表面, 首先需要制作掩膜板, 在掩膜板上形成所需的图像;再将刻有图像的掩膜板对准涂好光刻胶的晶圆, 进行曝光处理, 曝光后光刻胶的性质和结构发生变化, 由原来的可溶性物质变为非可溶性物质;然后用显影剂把可以溶解的部分去掉, 剩下有图案的部分;接着进行刻蚀, 通过刻蚀把晶圆上没有被光刻胶保护的部分的薄膜层去掉;最后再去除光刻胶, 完成粗糙表面的制作。图4为所制作的粗糙表面。
2.2 实验仪器
实验采用SL200B标准型光学接触角仪 (美国科诺公司) 、UI-1240SE-C图像传感器 (德国IDS公司) 和VS-7516M工业远心镜头进行图像法测量。
2.3 实验方法
粗糙表面的浸润性通常用其表观接触角来表征。实验过程是用美国科诺公司的SL200B标准光学接触角仪分别测量不同微结构、不同粗糙度的粗糙表面的表观接触角。接触角的测量方法选用悬滴法, 使用的液体为去离子水, 取水滴体积为4μL。
3 结果分析与讨论
3.1 微观结构特征为柱形的粗糙表面
表面特征为圆柱和方柱的两组粗糙表面的实测接触角与Wenzel模型、Cassie模型的预测值如图5和图6所示。
此两组微观结构特征为柱状的粗糙表面的实测接触角大都接近150°, 其中微观结构为方柱、编号为1和2的两个粗糙表面的表观接触角大于150°, 满足了超疏水材料表观接触角大于150°的条件。然而实测值与Cassie模型预测值及Wenzel模型预测值有较大差距, 可见对于微观结构特征为柱状的粗糙表面, Wenzel模型和Cassie模型均不能准确预测其接触角值。究其缘由, 对于Wenzel模型, 真实情况下液体并不总能填满粗糙表面的结构内部。如图7所示的情况下, 液滴与粗糙表面的接触并非仅仅是固-液一元接触, 而是包含固-液、气-液的二元复合接触。对于Cassie模型, 粗糙表面并不是简单的复合表面, 而是具有一定粗糙度的复合表面。粗糙度与复合界面的成分对表面浸润性具有同样不可忽视的影响。
如图7所示, 液体侵入柱体根部, 却恰好未浸润底部平面。假设固-液界面的表观接触面积为S, 而实际接触面积为固-液接触面积S1与柱体根部的气-液接触面积S2之和。由于粗糙度r的存在, 其实际接触面积为rS。
在Cassie模型中, 气-液接触面积所占光滑复合表面面积的比例为f2, 则图7中柱体根部气-液接触面积为:
固-液接触面积为:
那么, 固-液接触面积S1占整个复合接触面积rS的比例为:
气-液接触面积S2占整个复合接触面积rS的比例为:
在恒温、恒压的平衡情况下, 由于界面的微小变化而引起的体系的自由能变化为:
平衡时, dE=0, 则有:
根据Young′s方程:
可知:
式中:θr为表观接触角, r为表面粗糙度, f2为液体与空气的接触面积与表面投影面积的比值, θ1为固-液本征接触角, θ2为固-气本征接触角。
将两组柱形粗糙表面的Wenzel模型预测值、Cassie模型预测值、实测值与由式 (10) 得到的修正值绘于图8和图9中。
由式 (10) 的假设条件可以认为是液滴恰好未完全浸润柱体的极限情况;而根据Cassie方程的假设条件可知, Cassie方程为液体完全未侵入表面结构的极限情况。所以实测值理应介于这两个方程所得的预测值之间, 液体侵入表面的程度愈严重, 实测值应愈接近式 (10) 得到的预测值;反之, 则实测值愈接近由Cassie方程计算得到的预测值。
图8和图9中的实测值与上述论断相符, 图中除个别数据外绝大部分实测接触角确实位于Cassie模型预测值与式 (10) 的预测值之间。而对于粗糙度较小的粗糙表面, 比如粗糙度为1.3的表面, 微型圆柱间的距离较大, 液体更易侵入粗糙表面内部, 所以其实测接触角的值更接近于式 (10) 的预测值。反之, 对于粗糙度较大的粗糙表面, 比如粗糙度为2的表面, 液滴难以进入粗糙表面的结构内部, 其实测接触角更接近于Cassie模型预测值。
对于微观特征为圆柱形、粗糙度为1.2的粗糙表面, 由于其表面的柱体间距很大, 表面极易被液体完全浸润, 以至于该表面接触角的值更接近于Wenzel模型的预测值。
3.2 微观结构特征为孔状的粗糙表面
孔状结构与柱状结构的区别在于:当孔状粗糙表面上有液滴时, 液滴下方的气体与大气是不连通的;而当柱状粗糙表面上有液滴时, 其下方的气体与大气是相连通的。
对于圆孔状微观结构的粗糙表面, 液滴侵入结构内部的过程可以视为等温过程。
对于整个液滴:
式中:G为液滴重力, FSL为固体表面对液滴的支撑力, N为粘附力, FVL为液滴底部封闭空气对液滴的作用力, 2πr1γ为毛细力, θ1为材料的本征接触角。则液滴对底部封闭空气的作用力为:
液滴底部封闭空气压强的增加量为:
式中:ρ为水的密度, V为水的体积, f2为气液接触表面与表观接触面积之比, S2为气液接触面积, S为表观接触面积。
式中:rsl为固-液表观接触面积的半径。如图10所示, 粗糙表面上的水滴呈球缺状, 固-液表观接触面即为该球缺的底面。球缺体积公式为:
式中:V为球缺的体积, 也就是水滴的体积;H为球缺的高度;R为球缺的半径。此外, 球缺高度H、球缺半径R和球缺底面的半径rsl存在如下关系:
根据接触角的定义, 还可以得到:
式中:α为表观接触角。
联立式 (13) -式 (17) 可求得Δp的范围。对于圆孔状微观结构的粗糙表面, Δp的最小值为72.5Pa, 最大值为453Pa。对于等温压缩过程, 则压缩比:
由式 (18) 求得压缩比的范围为-0.043~-0.0072。可见水滴很难侵入结构内部, 孔深因素引起的粗糙度的变化对接触角的影响很小, 所以微观结构特征为孔状的粗糙表面的接触角完全适合由Cassie模型来预测。另外, 由于水滴很难侵入孔状结构内部, 因此孔状的粗糙表面与柱状结构的粗糙表面相比疏水性能更稳定, 此特性在实际应用中具有很重要的意义。
图11和图12分别是微观结构为圆孔和方孔的两组粗糙表面的实测表观接触角、Wenzel模型预测值和Cassie模型预测值, 它们证实了Cassie模型可以较好地预测微观结构特征为孔状的粗糙表面的接触角这一结论。
然而相对于方孔结构的粗糙表面, 圆孔结构粗糙表面的接触角实测值存在较大的振荡。在显微镜下可以观察到, 由于加工工艺不完善, 圆孔状粗糙表面有较多缺陷 (图13) 。拔模引起的微观结构的缺陷是造成实测值振荡的直接因素。另外, 孔状结构易被污染, 且被污染之后难以清洁, 此亦为实测值振荡的原因之一。
4 结论
本实验制备了4组具有不同规则微观结构的疏水粗糙表面, 并研究了影响其表观接触角的因素, 对粗糙表面的接触角进行分类研究, 分别针对柱状、孔状两种粗糙表面提出各自的新的接触角预测模型, 通过实验验证了预测模型的准确性。研究还发现, 相对于孔状结构, 柱状结构更容易得到较大的接触角, 具有更好的超疏水性。对于孔状粗糙表面, 液滴难以侵入其微结构内部, 适用于Cassie模型, 且相对于柱状表面具有更稳定的疏水性能, 此特性在实际应用中具有重要意义。
参考文献