3D打印PLA超疏水多孔材料表面蒸發(fā)實(shí)驗(yàn)分析

一、液滴蒸發(fā)模式特性

在親水表面，液滴蒸發(fā)時(shí)接觸角和接觸半徑同步減小，呈現(xiàn)典型的MIX模式變化特征；而在疏水及超疏水表面，液滴蒸發(fā)過程則經(jīng)歷CCA（恒接觸角）→ CCR（恒接觸半徑）→ MIX三種模式的動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)變。疏水/超疏水表面蒸發(fā)過程中，液滴會(huì)吸收凝聚能量至臨界點(diǎn)后發(fā)生跳動(dòng)現(xiàn)象，隨后迅速蒸發(fā)殆盡。跳動(dòng)前后，液滴依次經(jīng)歷不同潤(rùn)濕模型轉(zhuǎn)變，最終趨近或達(dá)到Cassie狀態(tài)（固-液接觸面封存空氣）。實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了液滴體積的2/3次方與蒸發(fā)時(shí)間符合2/3次冪定律，證實(shí)了蒸發(fā)過程的規(guī)律性。

二、蒸發(fā)速率影響因素

• 親水表面：液滴鋪展面積大，水蒸氣擴(kuò)散效率高，蒸發(fā)速率大；但蒸發(fā)制冷效應(yīng)導(dǎo)致蒸發(fā)速率波動(dòng)顯著。
• 疏水/超疏水表面：液滴鋪展面積小，固-液/氣-液接觸面積小，蒸發(fā)過程中周圍水蒸氣密度逐漸升高；滾動(dòng)特性促使形成穩(wěn)定的Cassie狀態(tài)，空氣導(dǎo)熱性差導(dǎo)致蒸發(fā)速率較小，且蒸發(fā)制冷對(duì)速率的影響弱于親水表面，整體蒸發(fā)速率顯著低于親水表面。

三、材料制備與性能優(yōu)化

通過3D打印改性光固化樹脂制備多孔材料，經(jīng)潤(rùn)濕性調(diào)控發(fā)現(xiàn)：當(dāng)HN-SiO?質(zhì)量分?jǐn)?shù)1.5%、修飾時(shí)間45min時(shí)，樣品F性能最優(yōu)（接觸角CA=166.1°，滾動(dòng)角SA=5.62°）。基于此制備的油水分離器對(duì)正己烷、甲苯、石油醚、三氯甲烷、大豆油的分離效率均＞95%，多次循環(huán)后仍保持＞88%的分離效率。

四、自清潔與防結(jié)冰性能

• 自清潔性能：表面碳粉易附著于孔隙內(nèi)，導(dǎo)致不同黏附性超疏水表面的自清潔功能差異不顯著。
• 防結(jié)冰性能：超疏水表面水滴比親水表面更易結(jié)冰，主因是親水表面與水滴/孔隙接觸面積大，孔隙內(nèi)空氣的隔熱作用減弱了熱傳導(dǎo)效率。

五、研究不足與展望

• 現(xiàn)有局限：3D打印多孔樣品孔徑偏大，油水分離時(shí)對(duì)混合物的承載能力有限；雖具應(yīng)用價(jià)值，但需拓展至微納孔隙以擴(kuò)大應(yīng)用范圍。
• 未來方向：從能量角度深入分析液滴蒸發(fā)波動(dòng)現(xiàn)象，探究蒸發(fā)過程中能量變化規(guī)律及躍遷機(jī)制，以全面揭示多孔超疏水表面的液滴蒸發(fā)特性。

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