基于几何分析的稳定超疏水表面可控设计方法

摘要

基于几何分析的稳定超疏水表面可控设计方法，涉及材料研究模型化和模拟、材料(计算)设计领域，其特征是首先建立平行光栅形或者圆形凹坑形等规则的微结构表面模型，针对建立的微结构形貌，以Wenzel理论和Cassie理论为基础推导出液滴在该微结构表面的表观接触角的理论预测公式；同时，对微结构表面C/W转换的过程从几何角度进行分析，以润湿高度h₀为关键几何参数确立C/W转换的几何角度理论判据；接着，对已建立的微结构表面模型进行几何参数预设计，利用以上推导出的表观接触角理论预测公式计算液滴在微结构表面的表观接触角，确定设计的微结构表面是否可能具有超疏水性；最后，将预设计的微结构几何参数和计算得到的相应表观接触角计算h₀，判断设计的微结构表面是否可能具有超疏水稳定性。本方法比较直观，而且容易操作，具有较强的可控性。

主权项

1.基于几何分析的稳定超疏水表面可控设计方法，其特征是：首先，建立平行光栅形或者圆形凹坑形等规则的微结构表面模型，即确定结构几何参数a，b，h，如对于光栅形，a，b，h分别为光栅宽度、间距和凹槽深度；对于圆形凹坑形，a，b，h分别为圆形凹坑直径a、凹坑间距b和凹坑深度h，针对建立的微结构形貌，以Wenzel理论和Cassie理论为基础推导出液滴在该微结构表面的表观接触角的理论预测公式；同时，对微结构表面C/W转换的过程从几何角度进行分析，以润湿高度h0为关键几何参数确立C/W转换的几何角度理论判据；接着，对已建立的微结构表面模型进行几何参数预设计，利用以上推导出的表观接触角理论预测公式计算液滴在微结构表面的表观接触角，确定设计的微结构表面是否可能具有超疏水性；最后，将预设计的微结构几何参数和计算得到的相应表观接触角代入润湿高度h0的计算公式中计算出h0的大小，代入特定微结构表面C/W转换的几何角度理论判据中从而实现对其C/W转换的理论预测，根据预测结果确定设计的微结构表面是否可能具有超疏水稳定性，若不会发生C/W转换，则可能具有超疏水稳定性；否则重新进行几何参数预设计并进行相应的后续操作；微结构表面表观接触角理论预测公式的推导方法：根据所设计的具体微结构形貌，将Wenzel模式和Cassie模式下相应微结构表面的表观接触角θr W和θr C分别用微结构几何参数来表示即可。