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我院教师在微纳结构超疏水绝缘材料研究方面取得新进展

发表时间:2020-12-15 作者:王晟伍 陈劲宇 浏览次数:

2020122日,高电压工程系李黎、陈俊武团队联合武汉理工大学谢毅团队在胶体和界面科学高水平期刊《胶体与表面A:物理化学与工程》(Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects)在线发表了题为“The effect of drop volume on the apparent contact angle of hierarchical structured superhydrophobic surfaces”(液滴体积对于微纳结构超疏水材料表观接触角的影响)的研究论文,报道了二元微纳结构超疏水绝缘材料的最新研究成果。

论文链接:https://doi.org/10.1016/j.colsurfa.2020.125849

研究生任帅为第一作者,陈俊武、李黎为共同通讯作者,武汉理工大学谢毅对本文亦有贡献。

《胶体与表面A:物理化学与工程》是爱思唯尔(ELSEVIER)系列SCI检索期刊之一,是胶体和界面现象的科学基础应用领域的高水平期刊,以新材料或关于胶体和界面科学在能源、特种装备、药物、食品、环境等等中的应用新见解为特色。

自然界中各种形态的水及溶解物对绝缘材料的侵蚀是电气绝缘性能失效的最重要原因。二元微纳结构的超疏水材料具备特有的强憎水和自清洁能力,对提升绝缘子等电气外绝缘设备的安全稳定性具有相当潜力,有望刺激新一代绝缘子和绝缘结构的产生。表观接触角则是描述材料憎水/疏水性能的基础指标之一,表观接触角越大,憎水/疏水性能越好。但是目前缺少液滴在二元微纳结构表面的表观接触角与液滴体积之间定量数学关系的研究,这导致这种超疏水材料的定向研制存在物理上的困难。

论文首先在人造二氧化硅基底的超疏水薄膜和天然超疏水荷叶表面进行对比试验研究,并重新构建了考虑重力影响的二元微纳超疏水材料表观接触角计算方法,理论和实验两方面分析了表观接触角与液滴体积的关系,发现对于此类结构的材料,只要润湿状态未发生变化,液滴体积的变化对于表观接触角的影响小于5%,可以忽略不计。进一步的,论文推导了忽略体积影响后二元微纳超疏水材料表观接触角与材料表面结构参数之间的函数关系,发现设法增大微米级结构之间的距离λ与微米级结构的半径R之间的比值λ/R是提升疏水性能的可行办法。新一代绝缘子和绝缘结构的前瞻研究需要厘清液滴在二元微纳结构材料表面的运动受电场影响的数学物理机制,论文的工作朝这个方向迈出了关键一步。