水汽冷凝與收集技術(shù)在緩解干旱地區(qū)缺水問題、提高能源利用效率以及航天和軍事用途中扮演著重要角色。傳統(tǒng)膜狀冷凝和滴狀冷凝技術(shù)發(fā)展迅速并已應(yīng)用到實際工業(yè)生產(chǎn),但其冷凝性能和持久性仍難以滿足需求。近年來許多生活在沙漠地區(qū)的生物引起了人們濃烈興趣。研究發(fā)現(xiàn),它們具有特殊表面微納結(jié)構(gòu),能有效收集霧氣中水分加以利用。本學(xué)位論文借鑒典型生物結(jié)構(gòu),開展仿生水汽冷凝/收集微納復(fù)合結(jié)構(gòu)制備研究,主要工作包括:(1)仿生微納復(fù)合結(jié)構(gòu)水汽冷凝/收集理論研究。根據(jù)仙人掌刺結(jié)構(gòu)建立了錐形表面環(huán)狀液滴和蚌殼狀液滴理論模型,得到了仿生結(jié)構(gòu)表面自由能分布和表面能梯度分布,揭示了錐形結(jié)構(gòu)參數(shù)與表面自由能及自由能梯度之間的關(guān)系。進(jìn)一步對錐形及楔形管狀結(jié)構(gòu)內(nèi)部的液滴進(jìn)行了建模分析,揭示了管狀梯度結(jié)構(gòu)內(nèi)部液滴運動規(guī)律。結(jié)合生物結(jié)構(gòu)梯度形貌和可制造性,設(shè)計了由交替親水和疏水楔形區(qū)域構(gòu)成的平面梯度結(jié)構(gòu),分析了結(jié)構(gòu)形貌參數(shù)、表面浸潤性參數(shù)對液滴運動的影響,揭示了液滴在仿生結(jié)構(gòu)表面的運動規(guī)律,為仿生結(jié)構(gòu)設(shè)計和制備提供理論基礎(chǔ)。(2)仿生水汽冷凝/收集微納結(jié)構(gòu)制備。研究了表面浸潤性修飾結(jié)構(gòu)的制備,得到了OTS分子層、氧化銅/氫氧化銅納米線...

【文章頁數(shù)】：124 頁

【學(xué)位級別】：博士

【部分圖文】：

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圖1.1納米布沙漠1966-2000年期間年降雨量和年霧氣量[9]汽冷凝技術(shù)在航天事業(yè)發(fā)展中也扮演著重要角色。目前“天宮天宮二號”、“天宮三號”也將陸續(xù)發(fā)射。按照規(guī)劃，我國將在義上的載人空間站。這是一個龐大的系統(tǒng)工程，是各個領(lǐng)域生保系統(tǒng)是載人空間站最具載人航天特征的重要....

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圖1.2Gregorig提出的強化冷凝表面示意圖）滴狀冷凝狀冷凝過程中，包括液滴成核、液滴長大、液滴合并和液滴脫離四到冷凝表面，形成無數(shù)微小液滴，微小液滴吸附蒸汽中分子逐漸滴發(fā)生合并，最終到一定尺寸后沿冷凝表面滑落，露出冷凝表面過程。滴狀冷凝由于存在液滴脫落過程，冷凝表面不....

圖1.3Wenzel狀態(tài)和Cassie狀態(tài)滴狀冷凝傳熱模型及冷凝參數(shù)曲線

圖1.3Wenzel狀態(tài)和Cassie狀態(tài)滴狀冷凝傳熱模型及冷凝參數(shù)曲線[67面微納結(jié)構(gòu)水汽冷凝與收集凝應(yīng)用普遍，但冷凝效率不高，即便利用表面張力對其進(jìn)行管等，其冷凝換熱效率仍不及滴狀冷凝。不過滴狀冷凝雖然，卻很不穩(wěn)定，在實際過程中難以長期穩(wěn)定維持。近年來研決方案來制備....

圖1.4（a）沙漠中甲蟲和（b）沙漠甲蟲外殼表面微結(jié)構(gòu)

沙漠中甲蟲和（b）沙漠甲蟲外殼表面微結(jié)構(gòu)[30]；（c）紡錘體蜘蛛絲收集構(gòu)[31]；（e）沙漠中仙人掌刺收集水現(xiàn)象測試及（f）仙人掌刺微結(jié)構(gòu)[29]年Ito等[68]對多種干旱地區(qū)植物進(jìn)行研究，指出生長在日本阿葉剪秋羅表面具有特殊空心錐形毛，能吸收潮濕空氣中水分并在干燥時發(fā)生....

本文編號：3918813