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表面减阻涂层的制备及减阻因素分析

作　者: 董红玉
导　师: 石峰
学　校: 北京化工大学
专　业: 化学工程与技术
关键词: 流体阻力 超疏水减阻技术 无电金属沉积技术 聚合物自交联技术
分类号: TQ637
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要


海上行驶的船舶及水下运动设备等正常工作时容易受到来自流体的摩擦阻力。它不仅影响船舶运动速率,而且航行过程中航海设备需要耗费大量的燃油来克服外加粘性阻力。有效降低船体运动带来的阻力不仅有利于船舶的速度提高,而且能够加强能源利用率,促进科技进步,增强国防建设。因此,发展减阻技术势在必行。近年来,超疏水减阻技术作为新兴的减阻方案,受到了科学家们的广泛关注。超疏水减阻材料制备方法简便,操作环境温和,并且得益于自身材料的优良特性,能够捕获空气,使得运动过程粘滞阻力减小,从而实现减阻。但是,超疏水减阻技术目前存在一些争议,争议主要围绕两点展开：其一,是否所有的超疏水涂层均具有减阻性；其二,超疏水能够减阻的技术条件和参数。基于目前存在的争议,本论文围绕超疏水涂层能否减小流体阻力这一关键性问题展开,利用无电金属沉积方法、聚合物自交联等操作手段,我们制备了四种典型的超疏水表面,并分别对其表面形貌、疏水性能、减阻特性做出表征测试。实验发现,不是所有的超疏水涂层都具有减阻特性；只有粗糙结构构筑在平面基底以上的超疏水结构呈现减阻功效。另外,超疏水表面的粘附力值是影响减阻的重要因素：随着粘附力值的增大,超疏水涂层减阻性能逐渐下降；当涂层对静态水滴的最大粘附力值达到137.2μN时,疏水涂层表现出增阻性,此时水滴可以倒挂在涂层表面而不掉落。同时,本文总结了超疏水涂层减阻的技术条件和参数,以及减阻机理和实际应用的可行性。最后,论文探讨了该技术当下存在的缺点。希望本文的工作能够对未来海洋船舰减阻技术的发展做出一定的贡献。

全文目录


学位论文数据集  3-4
摘要  4-6
ABSTRACT  6-15
第一章 绪论  15-31
  1.1 减阻技术  15-20
    1.1.1 减阻技术的提出  16-17
    1.1.2 减阻方法  17-20
  1.2 减阻超疏水  20-27
    1.2.1 超疏水技术  20-21
    1.2.2 超疏水减阻技术的历程  21-23
    1.2.3 超疏水减阻技术的现状  23-25
    1.2.4 超疏水减阻机理研究  25-27
  1.3 选题意义和课题思路  27-31
    1.3.1 选题意义  27-28
    1.3.2 课题思路  28-31
第二章 在金属基体上构筑具有减阻功能的表面涂层及减阻因素分析  31-51
  2.1 引言  31-32
  2.2 实验材料与仪器  32-33
    2.2.1 实验材料  32
    2.2.2 实验仪器与设备  32-33
  2.3 实验步骤  33-34
    2.3.1 潜艇模型的选择  33
    2.3.2 模型表面基底替换  33
    2.3.3 无电金属沉积法构筑微-纳米分级尺度结构  33
    2.3.4 气相沉积法修饰低表面能物质自组装单层膜  33-34
    2.3.5 涂层表面形貌表征及性能检验  34
  2.4 结果与讨论  34-49
    2.4.1 超疏水涂层制备过程示意图  34-35
    2.4.2 沉积氯金酸浓度的探究  35-36
    2.4.3 沉积氯金酸时间的探究  36-41
    2.4.4 接触角测试表征  41-45
    2.4.5 减阻测试  45-46
    2.4.6 阻力系数的计算  46-49
  2.5 本章小结  49-51
第三章 基于自交联技术在潜艇模型表面制备超疏水涂层  51-71
  3.1 引言  51
  3.2 实验药品与仪器  51-52
    3.2.1 药品  51-52
    3.2.2 实验仪器与设备  52
  3.3 自交联柔性高分子固定金属颗粒法制备超疏水涂层  52-65
    3.3.1 制备机理  52
    3.3.2 自交联柔性高分子固定铜粉  52-60
    3.3.3 自交联柔性高分子固定铁粉  60-65
  3.4 自交联柔性高分子腐蚀法制备高粘附性超疏水涂层  65-70
    3.4.1 高粘附性超疏水涂层构筑机理  65
    3.4.2 制备方法  65-66
    3.4.3 性能测试  66-70
  3.5 本章小结  70-71
第四章 结论与展望  71-75
  4.1 结论  71-73
  4.2 展望  73-75
参考文献  75-81
致谢  81-83
研究成果及发表的学术论文  83-85
作者及导师简介  85-87
附件  87-88

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中图分类: > 工业技术 > 化学工业 > 涂料工业 > 专用漆料
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