本發(fā)明涉及具有滯留層自修復(fù)功能的超疏減阻防污表層結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)：

超疏水表面的低表面能物質(zhì)以及微納米復(fù)合結(jié)構(gòu)能使水與固體接觸時(shí)難以滲入微納米結(jié)構(gòu)構(gòu)成的間隙之中，從而在固體表面形成一層滯留空氣層(“trappedlayerofair”或“plastrons”)，進(jìn)而表現(xiàn)超疏水的“荷葉效應(yīng)”。

后來(lái)隨著科學(xué)研究的深入，滯留層可以從空氣拓展到流體。擁有液體滯留層的表面在學(xué)術(shù)上可稱(chēng)為“l(fā)iquid-infusedporoussurfaces”，液體滯留層稱(chēng)為“l(fā)ubricatingliquidlayer”。理論上來(lái)講“荷葉效應(yīng)”具有自清潔、減阻這兩大特性。

自清潔指的是液體無(wú)法在超疏表面附著，固體會(huì)被流經(jīng)的液體帶走。減阻的原理是滯留的空氣層相當(dāng)于是一層空氣膜，大大降低了具有超疏表面物體與外界流體的粘阻。

然而“荷葉效應(yīng)”往往會(huì)在高液壓、低溫高濕度的條件下消失，即從cassie–baxter態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榱藈enzel態(tài)，從而限制了“荷葉效應(yīng)”在現(xiàn)實(shí)工程領(lǐng)域方面的應(yīng)用。

過(guò)高的液壓能使流體進(jìn)入超疏表面微納米結(jié)構(gòu)構(gòu)成的空隙之中，從而使空氣滯留層消失。

低溫高濕度條件下，過(guò)冷水蒸氣會(huì)進(jìn)入微納米結(jié)構(gòu)的空隙之中，然后冷凝。

當(dāng)冷凝的冰填充空隙到一定程度時(shí)，“荷葉效應(yīng)”便會(huì)消失。

綜上所述，“荷葉效應(yīng)”消失的主要原因在于超疏表面的滯留層遭到破壞且無(wú)法恢復(fù)。

為了長(zhǎng)時(shí)間維持超疏表面的性能，滯留層必須具有一定恢復(fù)能力和抵抗被破壞的能力。目前，具有可超疏表面滯留層的恢復(fù)方案有：在水中電解恢復(fù)滯留空氣層，利用空穴效應(yīng)氣化液體、噴射氣泡等方案。不過(guò)，這些方案的局限性比較大，不具有實(shí)用性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種具有滯留層自修復(fù)功能的超疏減阻防污表層結(jié)構(gòu)，以解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述技術(shù)問(wèn)題。

本發(fā)明提供的具有滯留層自修復(fù)功能的超疏減阻防污表層結(jié)構(gòu)，包括需要減阻的固體、多孔板、蒙皮和流體加壓裝置；

所述多孔板裝置在所述需要減阻的固體表面外側(cè)從而形成中空腔，所述多孔板外部包裹具有若干納米級(jí)通孔的蒙皮；所述流體加壓裝置與所述中空腔體連通；

所述流體加壓裝置將流體注入所述中空腔內(nèi)，注入所述中空腔內(nèi)的流體在壓差的作用下由所述中空腔流過(guò)所述多孔板，填充滿(mǎn)蒙皮的若干納米級(jí)通孔，在蒙皮外側(cè)形成流體滯留層，該流體滯留層能夠在中空腔內(nèi)的流體的壓差作用下從中空腔補(bǔ)充流體恢復(fù)到初始狀態(tài)，從而在所述需要減阻的固體表面外側(cè)形成具有自修復(fù)功能的流體滯留層。

進(jìn)一步地，所述蒙皮粘接在所述多孔板外部。

進(jìn)一步地，所述蒙皮為氣凝膠薄膜、金屬泡沫材料，陽(yáng)極氧化金屬板或有機(jī)高分子聚合物氣凝膠薄膜。

進(jìn)一步地，所述蒙皮的若干納米級(jí)通孔的平均孔徑范圍為2nm-20μm或10-50nm。

進(jìn)一步地，所述多孔板的通孔率不小于70％。

進(jìn)一步地，所述蒙皮的空隙率不小于80％。

進(jìn)一步地，所述蒙皮的開(kāi)孔率不小于60％。

進(jìn)一步地，所述流體加壓裝置包括氣壓泵和氣瓶，所述氣瓶通過(guò)所述氣壓泵與所述中空腔連通。

進(jìn)一步地，所述流體加壓裝置包括液壓泵和液體箱，所述液體箱通過(guò)所述液壓泵與所述中空腔連通。

進(jìn)一步地，所述蒙皮需經(jīng)過(guò)表面改性，蒙皮的表面能在常溫下小于72mn/m且大于27mn/m或低于27mn/m。

本發(fā)明提供的具有滯留層自修復(fù)功能的超疏減阻防污表層結(jié)構(gòu)，具有如下優(yōu)點(diǎn)：

工作時(shí)，通過(guò)流體加壓裝置，提高中空腔內(nèi)流體壓力，流體通過(guò)多孔板進(jìn)入蒙皮，填充蒙皮的若干納米級(jí)通孔，在蒙皮外側(cè)形成流體滯留層，該流體滯留層能夠在中空腔內(nèi)的流體的壓差作用下從中空腔補(bǔ)充流體恢復(fù)到初始狀態(tài)，從而在需要減阻的固體表面外側(cè)形成具有自修復(fù)功能的流體滯留層。

該結(jié)構(gòu)能在高氣體壓、高液體壓力、低溫高濕度條件下的恢復(fù)或保持流體滯留層的完整性，從而避免物質(zhì)在需要減阻的固體表面附著和減少與外界流體的摩擦阻力，可廣泛用于船舶艦艇水下減阻，飛行器空中減阻，飛行器表面疏冰。

附圖說(shuō)明

為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明具體實(shí)施方式或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)具體實(shí)施方式或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見(jiàn)地，下面描述中的附圖是本發(fā)明的一些實(shí)施方式，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發(fā)明實(shí)施例一提供的具有滯留層自修復(fù)功能的超疏減阻防污表層結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明實(shí)施例二提供的具有滯留層自修復(fù)功能的超疏減阻防污表層結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖。

附圖標(biāo)記：1-需要減阻的固體；2-多孔板；3-蒙皮；4-流體加壓裝置；5-中空腔；6-流體滯留層；41-液壓泵；42-液體箱；43-氣壓泵；44-氣瓶。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

在本發(fā)明的描述中，需要說(shuō)明的是，術(shù)語(yǔ)“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“豎直”、“水平”、“內(nèi)”、“外”等指示的方位或位置關(guān)系為基于附圖所示的方位或位置關(guān)系，僅是為了便于描述本發(fā)明和簡(jiǎn)化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構(gòu)造和操作，因此不能理解為對(duì)本發(fā)明的限制。此外，術(shù)語(yǔ)“第一”、“第二”、“第三”僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對(duì)重要性。

在本發(fā)明的描述中，需要說(shuō)明的是，除非另有明確的規(guī)定和限定，術(shù)語(yǔ)“安裝”、“相連”、“連接”應(yīng)做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是機(jī)械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過(guò)中間媒介間接相連，可以是兩個(gè)元件內(nèi)部的連通。對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以根據(jù)具體情況理解上述術(shù)語(yǔ)在本發(fā)明中的具體含義。

實(shí)施例一：

圖1為本發(fā)明實(shí)施例一提供的具有滯留層自修復(fù)功能的超疏減阻防污表層結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖；如圖1所示，本實(shí)施例一提供的具有滯留層自修復(fù)功能的超疏減阻防污表層結(jié)構(gòu)，包括需要減阻的固體1、多孔板2、蒙皮3和流體加壓裝置4；

所述多孔板2裝置在所述需要減阻的固體1表面外側(cè)從而形成中空腔5，所述多孔板2外部包裹具有若干納米級(jí)通孔的蒙皮3；所述流體加壓裝置4與所述中空腔5體連通；

所述流體加壓裝置4將流體注入所述中空腔5內(nèi)，注入所述中空腔5內(nèi)的流體在壓差的作用下由所述中空腔5流過(guò)所述多孔板2，填充滿(mǎn)蒙皮3的若干納米級(jí)通孔，在蒙皮3外側(cè)形成流體滯留層6，該流體滯留層6能夠在中空腔5內(nèi)的流體的壓差作用下從中空腔5補(bǔ)充流體恢復(fù)到初始狀態(tài)，從而在所述需要減阻的固體1表面外側(cè)形成具有自修復(fù)功能的流體滯留層6。

流體滯留層6的厚度約為蒙皮3表面粗糙度和納米平均孔徑之和。

優(yōu)選地，所述流體加壓裝置4包括液壓泵41和液體箱42，所述液體箱42通過(guò)所述液壓泵41與所述中空腔5連通，液體箱42中充滿(mǎn)庚烷。

需要說(shuō)明的是，液體箱42中充滿(mǎn)庚烷只是用于舉例說(shuō)明，液體箱42中還可充滿(mǎn)其它液體，在此就不一一贅述。

優(yōu)選地，所述蒙皮3通過(guò)膠水粘接在所述多孔板2外部。

優(yōu)選地，所述蒙皮3為氣凝膠薄膜、金屬泡沫材料、陽(yáng)極氧化金屬板或有機(jī)高分子聚合物氣凝膠薄膜。

優(yōu)選地，所述中空腔5內(nèi)的壓強(qiáng)根據(jù)外界調(diào)節(jié)的不同為可調(diào)節(jié)設(shè)置。

優(yōu)選地，所述蒙皮3需經(jīng)過(guò)表面改性，蒙皮3的表面能在常溫下小于72mn/m且大于27mn/m或低于27mn/m。

本實(shí)施例一提供的具有滯留層自修復(fù)功能的超疏減阻防污表層結(jié)構(gòu)，具有如下優(yōu)點(diǎn)：

工作時(shí)，液體箱42中的庚烷通過(guò)液壓泵41進(jìn)入中空腔5內(nèi)，使得中空腔5內(nèi)的壓力不小于外部環(huán)境壓力，進(jìn)入中空腔5內(nèi)的庚烷在壓差的作用下，庚烷通過(guò)多孔板2進(jìn)入蒙皮3，庚烷填充蒙皮3的若干納米級(jí)通孔，在蒙皮3外側(cè)形成流體滯留層6。當(dāng)流體滯留層6由于外界環(huán)境的影響而受到損壞時(shí)，例如蒙皮3微納米結(jié)構(gòu)中的庚烷被外界氣體或液體沖走或污染物附著在流體滯留層6上，該流體滯留層6能夠在中空腔5內(nèi)的庚烷的壓差作用下從中空腔5補(bǔ)充庚烷恢復(fù)到初始狀態(tài)，即補(bǔ)充被氣體、液體或被污染物帶走的庚烷，從而在需要減阻的固體1表面外側(cè)形成具有自修復(fù)功能的流體滯留層6。

該結(jié)構(gòu)能在高氣體壓、高液體壓力、低溫高濕度條件下的恢復(fù)或保持流體滯留層6的完整性，從而避免物質(zhì)在需要減阻的固體1表面附著和減少與外界流體的摩擦阻力，可廣泛用于船舶艦艇水下減阻，飛行器空中減阻，飛行器表面疏冰。

實(shí)施例二：

圖2為本發(fā)明實(shí)施例二提供的具有滯留層自修復(fù)功能的超疏減阻防污表層結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖；如圖2所示，本實(shí)施例二提供的具有滯留層自修復(fù)功能的超疏減阻防污表層結(jié)構(gòu)，包括需要減阻的固體1、多孔板2、蒙皮3和流體加壓裝置4；

所述多孔板2裝置在所述需要減阻的固體1表面外側(cè)從而形成中空腔5，所述多孔板2外部包裹具有若干納米級(jí)通孔的蒙皮3；所述流體加壓裝置4與所述中空腔5體連通；

所述流體加壓裝置4將流體注入所述中空腔5內(nèi)，注入所述中空腔5內(nèi)的流體在壓差的作用下由所述中空腔5流過(guò)所述多孔板2，填充滿(mǎn)蒙皮3的若干納米級(jí)通孔，在蒙皮3外側(cè)形成流體滯留層6，該流體滯留層6能夠在中空腔5內(nèi)的流體的壓差作用下從中空腔5補(bǔ)充流體恢復(fù)到初始狀態(tài)，從而在所述需要減阻的固體1表面外側(cè)形成具有自修復(fù)功能的流體滯留層6。

流體滯留層6的厚度約為蒙皮3表面粗糙度和納米平均孔徑之和。

優(yōu)選地，所述流體加壓裝置4包括氣壓泵43和氣瓶44，所述氣瓶44通過(guò)所述氣壓泵43與所述中空腔5連通，氣瓶44中充滿(mǎn)空氣。

需要說(shuō)明的是，氣瓶44中充滿(mǎn)空氣只是用于舉例說(shuō)明，氣瓶44中還可充滿(mǎn)其它氣體，在此就不一一贅述。

優(yōu)選地，所述蒙皮3通過(guò)膠水粘接在所述多孔板2外部。

優(yōu)選地，所述蒙皮3為氣凝膠薄膜、金屬泡沫材料、陽(yáng)極氧化金屬板或有機(jī)高分子聚合物氣凝膠薄膜。

優(yōu)選地，所述中空腔5內(nèi)的壓強(qiáng)根據(jù)外界調(diào)節(jié)的不同為可調(diào)節(jié)設(shè)置。

優(yōu)選地，所述蒙皮3需經(jīng)過(guò)表面改性，蒙皮3的表面能在常溫下小于72mn/m且大于27mn/m或低于27mn/m。

本實(shí)施例二提供的具有滯留層自修復(fù)功能的超疏減阻防污表層結(jié)構(gòu)，具有如下優(yōu)點(diǎn)：

工作時(shí)，氣瓶44中的空氣通過(guò)氣壓泵43進(jìn)入中空腔5，使得中空腔5內(nèi)的壓力不小于外部環(huán)境壓力，進(jìn)入中空腔5內(nèi)的空氣在壓差的作用下，空氣通過(guò)多孔板2進(jìn)入蒙皮3，空氣填充蒙皮3的若干納米級(jí)通孔，在蒙皮3外側(cè)形成流體滯留層6。當(dāng)流體滯留層6由于外界環(huán)境的影響而受到損壞時(shí)，例如蒙皮3微納米結(jié)構(gòu)中的空氣被外界氣體或液體沖走或污染物附著在流體滯留層6上，該流體滯留層6能夠在中空腔5內(nèi)的空氣的壓差作用下從中空腔5補(bǔ)充空氣恢復(fù)到初始狀態(tài)，即補(bǔ)充被氣體、液體或被污染物帶走的空氣，從而在需要減阻的固體1表面外側(cè)形成具有自修復(fù)功能的流體滯留層6。

該結(jié)構(gòu)能在高氣體壓、高液體壓力、低溫高濕度條件下的恢復(fù)或保持流體滯留層6的完整性，從而避免物質(zhì)在需要減阻的固體1表面附著和減少與外界流體的摩擦阻力，可廣泛用于船舶艦艇水下減阻，飛行器空中減阻，飛行器表面疏冰。

實(shí)施例三：

本實(shí)施例三提供的具有滯留層自修復(fù)功能的超疏減阻防污表層結(jié)構(gòu)，是對(duì)實(shí)施例一提供的具有滯留層自修復(fù)功能的超疏減阻防污表層結(jié)構(gòu)的進(jìn)一步改進(jìn)，在實(shí)施例一的基礎(chǔ)上，本實(shí)施例三提供的具有滯留層自修復(fù)功能的超疏減阻防污表層結(jié)構(gòu)，包括需要減阻的固體1、多孔板2、蒙皮3和流體加壓裝置4；

所述多孔板2裝置在所述需要減阻的固體1表面外側(cè)從而形成中空腔5，所述多孔板2外部包裹具有若干納米級(jí)通孔的蒙皮3；所述流體加壓裝置4與所述中空腔5體連通；

所述流體加壓裝置4將流體注入所述中空腔5內(nèi)，注入所述中空腔5內(nèi)的流體在壓差的作用下由所述中空腔5流過(guò)所述多孔板2，填充滿(mǎn)蒙皮3的若干納米級(jí)通孔，在蒙皮3外側(cè)形成流體滯留層6，該流體滯留層6能夠在中空腔5內(nèi)的流體的壓差作用下從中空腔5補(bǔ)充流體恢復(fù)到初始狀態(tài)，從而在所述需要減阻的固體1表面外側(cè)形成具有自修復(fù)功能的流體滯留層6。

流體滯留層6的厚度約為蒙皮3表面粗糙度和納米平均孔徑之和。

優(yōu)選地，所述流體加壓裝置4包括液壓泵41和液體箱42，所述液體箱42通過(guò)所述液壓泵41與所述中空腔5連通，液體箱42中充滿(mǎn)庚烷。

需要說(shuō)明的是，液體箱42中充滿(mǎn)庚烷只是用于舉例說(shuō)明，液體箱42中還可充滿(mǎn)其它液體，在此就不一一贅述。

優(yōu)選地，所述蒙皮3通過(guò)膠水粘接在所述多孔板2外部。

優(yōu)選地，所述蒙皮3為氣凝膠薄膜、金屬泡沫材料、陽(yáng)極氧化金屬板或有機(jī)高分子聚合物氣凝膠薄膜。

優(yōu)選地，所述蒙皮3的若干納米級(jí)通孔的平均孔徑范圍為2nm-20μm或10-50nm。

優(yōu)選地，所述蒙皮3的空隙率不小于80％，蒙皮3的開(kāi)孔率不小于60％。

優(yōu)選地，所述多孔板2的通孔率不小于70％。

優(yōu)選地，所述多孔板2為橡膠板。

優(yōu)選地，所述中空腔5內(nèi)的壓強(qiáng)根據(jù)外界調(diào)節(jié)的不同為可調(diào)節(jié)設(shè)置。

優(yōu)選地，所述蒙皮3需經(jīng)過(guò)表面改性，蒙皮3的表面能在常溫下小于72mn/m且大于27mn/m或低于27mn/m。

實(shí)施例四：

本實(shí)施例四提供的具有滯留層自修復(fù)功能的超疏減阻防污表層結(jié)構(gòu)，是對(duì)實(shí)施例一提供的具有滯留層自修復(fù)功能的超疏減阻防污表層結(jié)構(gòu)的進(jìn)一步改進(jìn)，在實(shí)施例一的基礎(chǔ)上，本實(shí)施例四提供的具有滯留層自修復(fù)功能的超疏減阻防污表層結(jié)構(gòu)，包括需要減阻的固體1、多孔板2、蒙皮3和流體加壓裝置4；

所述多孔板2裝置在所述需要減阻的固體1表面外側(cè)從而形成中空腔5，所述多孔板2外部包裹具有若干納米級(jí)通孔的蒙皮3；所述流體加壓裝置4與所述中空腔5體連通；

所述流體加壓裝置4將流體注入所述中空腔5內(nèi)，注入所述中空腔5內(nèi)的流體在壓差的作用下由所述中空腔5流過(guò)所述多孔板2，填充滿(mǎn)蒙皮3的若干納米級(jí)通孔，在蒙皮3外側(cè)形成流體滯留層6，該流體滯留層6能夠在中空腔5內(nèi)的流體的壓差作用下從中空腔5補(bǔ)充流體恢復(fù)到初始狀態(tài)，從而在所述需要減阻的固體1表面外側(cè)形成具有自修復(fù)功能的流體滯留層6。

流體滯留層6的厚度約為蒙皮3表面粗糙度和納米平均孔徑之和。

優(yōu)選地，所述流體加壓裝置4包括液壓泵41和液體箱42，所述液體箱42通過(guò)所述液壓泵41與所述中空腔5連通，液體箱42中充滿(mǎn)庚烷。

需要說(shuō)明的是，液體箱42中充滿(mǎn)庚烷只是用于舉例說(shuō)明，液體箱42中還可充滿(mǎn)其它液體，在此就不一一贅述。

優(yōu)選地，所述蒙皮3通過(guò)膠水粘接在所述多孔板2外部。

優(yōu)選地，所述蒙皮3為氣凝膠薄膜、金屬泡沫材料、陽(yáng)極氧化金屬板或有機(jī)高分子聚合物氣凝膠薄膜。

優(yōu)選地，所述蒙皮3的若干納米級(jí)通孔的平均孔徑范圍為2nm-20μm或10-50nm。

優(yōu)選地，所述蒙皮3的空隙率不小于80％，蒙皮3的開(kāi)孔率不小于60％。

優(yōu)選地，所述多孔板2的通孔率不小于70％。

優(yōu)選地，所述多孔板2為金屬板。

優(yōu)選地，所述中空腔5內(nèi)的壓強(qiáng)根據(jù)外界調(diào)節(jié)的不同為可調(diào)節(jié)設(shè)置。

優(yōu)選地，所述蒙皮3需經(jīng)過(guò)表面改性，蒙皮3的表面能在常溫下小于72mn/m且大于27mn/m或低于27mn/m。

最后應(yīng)說(shuō)明的是：以上各實(shí)施例僅用以說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對(duì)其限制；盡管參照前述各實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說(shuō)明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解：其依然可以對(duì)前述各實(shí)施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對(duì)其中部分或者全部技術(shù)特征進(jìn)行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明各實(shí)施例技術(shù)方案的范圍。