RU2769107C1 - Способ формирования комбинированной супергидрофобной структуры поверхности - Google Patents
Способ формирования комбинированной супергидрофобной структуры поверхности Download PDFInfo
- Publication number
- RU2769107C1 RU2769107C1 RU2021117685A RU2021117685A RU2769107C1 RU 2769107 C1 RU2769107 C1 RU 2769107C1 RU 2021117685 A RU2021117685 A RU 2021117685A RU 2021117685 A RU2021117685 A RU 2021117685A RU 2769107 C1 RU2769107 C1 RU 2769107C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- forming
- size
- hydrophobic
- microtexture
- metal surface
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
- B05D—PROCESSES FOR APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
- B05D3/00—Pretreatment of surfaces to which liquids or other fluent materials are to be applied; After-treatment of applied coatings, e.g. intermediate treating of an applied coating preparatory to subsequent applications of liquids or other fluent materials
- B05D3/12—Pretreatment of surfaces to which liquids or other fluent materials are to be applied; After-treatment of applied coatings, e.g. intermediate treating of an applied coating preparatory to subsequent applications of liquids or other fluent materials by mechanical means
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
- B05D—PROCESSES FOR APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
- B05D5/00—Processes for applying liquids or other fluent materials to surfaces to obtain special surface effects, finishes or structures
- B05D5/02—Processes for applying liquids or other fluent materials to surfaces to obtain special surface effects, finishes or structures to obtain a matt or rough surface
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
- B05D—PROCESSES FOR APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
- B05D5/00—Processes for applying liquids or other fluent materials to surfaces to obtain special surface effects, finishes or structures
- B05D5/08—Processes for applying liquids or other fluent materials to surfaces to obtain special surface effects, finishes or structures to obtain an anti-friction or anti-adhesive surface
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
- B81C—PROCESSES OR APPARATUS SPECIALLY ADAPTED FOR THE MANUFACTURE OR TREATMENT OF MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS
- B81C1/00—Manufacture or treatment of devices or systems in or on a substrate
- B81C1/00015—Manufacture or treatment of devices or systems in or on a substrate for manufacturing microsystems
- B81C1/00023—Manufacture or treatment of devices or systems in or on a substrate for manufacturing microsystems without movable or flexible elements
- B81C1/00047—Cavities
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
- B82Y40/00—Manufacture or treatment of nanostructures
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B32/00—Carbon; Compounds thereof
- C01B32/15—Nano-sized carbon materials
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
- C09K3/00—Materials not provided for elsewhere
- C09K3/18—Materials not provided for elsewhere for application to surfaces to minimize adherence of ice, mist or water thereto; Thawing or antifreeze materials for application to surfaces
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
- C23C16/22—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the deposition of inorganic material, other than metallic material
- C23C16/26—Deposition of carbon only
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
- F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
- F28F13/00—Arrangements for modifying heat-transfer, e.g. increasing, decreasing
- F28F13/04—Arrangements for modifying heat-transfer, e.g. increasing, decreasing by preventing the formation of continuous films of condensate on heat-exchange surfaces, e.g. by promoting droplet formation
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Nanotechnology (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Other Surface Treatments For Metallic Materials (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области теплоэнергетики и может быть использовано для стабилизации капельной конденсации на поверхности металлов и её защиты от коррозии. Для формирования супергидрофобной структуры металлической поверхности сначала сферическими частицами продавливают микротекстуру с характерным размером 70-80 мкм, затем осаждают из газовой фазы наночастицы углерода размером 5-100 нм, формируя тем самым структуру с комбинированной шероховатостью. Полученную поверхность упрочняют пропиткой 0,1 % раствором синтетического каучука в ацетоне. Увеличивается теплоотдача при капельной конденсации на гидрофобной поверхности, упрощается технология формирования гидрофобного покрытия за счёт исключения сушки и обработки лазером. 4 ил.
Description
Изобретение относится к области теплоэнергетики, в частности к способам гидрофобизации поверхности металлов для стабилизации капельной конденсации и защиты от коррозии.
Эффективным является способ интенсификации теплообмена при конденсации путем перехода от пленочной конденсации к капельной. Для создания гидрофобных поверхностей применяют различные технологии: силиконовые гели, лазерное текстурирование, плазменное травление металла и другие методы.
Известен способ гидрофобизации поверхности (патент US №5814392, публ. 29.09.1998, МПК B05D 5/02), согласно которому на гладкую поверхность наносят смесь из клея, микрочастиц и растворителя для изменения шероховатости, при этом поверхность приобретает гидрофобные свойства, что обеспечивает краевой угол около 100 градусов.
Недостатком данного технического решения является низкая надежность применительно к конденсаторам ТЭС, низкая прочность, а характерный размер структуры невозможно контролировать.
Также известен способ гидрофобизации поверхности, описанный в статье (A.V. Ryzhenkov, M.R. Dasayev, O.V. Ryzhenkov, A.V. Kurshakov "On Parameters of Normalized Different-Scale Relief Created on Brass Surfaces by Means of Laser" International Journal of Applied Engineering Research Volume 12, Number 19 (2017) pp.8824-8829 ISSN 0973-4562), где формируют микротекстуру с помощью мощного лазера, краевой угол для которой равен 141 градус.
Недостатком настоящего способа является его сложность вследствие необходимости использования мощного лазера.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является способ гидрофобизации поверхности, описанный в статье (Deng X, Mammen L, Butt HJ, Vollmer D. Candle soot as a template for a transparent robust superamphiphobic coating. Science. 2012 Jan 6;335(6064):67-70.), где формируют гидрофобную поверхность с помощью осаждения наночастиц углерода из газовой фазы и последующим закреплением слоя наночастиц с помощью пасты на основе кремния в атмосфере аммиака в сушильном шкафу при температуре 600°С.
Недостатком данного технического решения является низкое значение краевого угла и значительная сложность процедуры формирования покрытия из-за использования сушильного шкафа с атмосферой аммиака.
Технической задачей предлагаемого изобретения является увеличение краевого угла за счет формирования комбинированной структуры на поверхности металла.
Технический результат заключается в увеличении теплоотдачи при капельной конденсации на гидрофобной поверхности, а также упрощении технологии формирования гидрофобного покрытия за счет исключения процессов сушки и обработки лазером.
Это достигается тем, что в известном способе получения гидрофобной структуры поверхности, основанном на осаждении наночастиц, в качестве указанной поверхности используют металлическую поверхность, на которой вначале сферическими частицами продавливают микротекстуру характерным размером 70-80 мкм, затем осуществляют осаждение из газовой фазы наночастиц углерода размером от 5 до 100 нм, формируя тем самым структуру с комбинированной шероховатостью, далее полученную поверхность упрочняют с помощью пропитки 0,1% раствором синтетического каучука в ацетоне с получением краевого угла от 150 до 160 градусов.
Сущность предлагаемого способа формирования комбинированной супергидрофобной структуры поверхности поясняется чертежами, где на фиг.1 представлена поверхность металла с продавленной микротекстурой с характерным размером 80 мкм; на фиг. 2. изображена комбинированная поверхность с нанесенными на продавленную микротекстуру наночастицами углерода; на фиг. 3 показана фотография капли на металлической подложке с комбинированным покрытием, где краевой угол составляет 158 градусов; на фиг.4 представлена зависимость краевого угла от шероховатости поверхности,
Способ формирования комбинированной супергидрофобной структуры поверхности осуществляется следующим образом.
С помощью пресса осуществляют давление на поверхность твердыми сферическими частицами, формируя на ней структуру с шероховатостью 70-80 мкм, как показано на фиг. 1. Оптимальный размер продавленной текстуры выбран на основе полученной экспериментальным путем зависимости краевого угла от шероховатости поверхности, показанной на фиг. 4, где: (1) - исходная поверхность алюминия, (2) - продавленная текстура с зерном 80 мкм, (3) - продавленная текстура с зерном 150 мкм, (4) - продавленная текстура с зерном 180 мкм, (5) - продавленная текстура с зерном 200 мкм, (6) - продавленная текстура с зерном 250 мкм, (7) - продавленная текстура с зерном 350 мкм, (8) - полированный алюминий, (9) - текстура, полученная с помощью плазменного травления. Отсюда следует, что оптимальным значением шероховатости является интервал от 70 до 80 мкм.
После формирования текстуры на поверхности осаждают наночастицы углерода из газовой фазы путем сжигания углеводорода в емкости вблизи поверхности, формируя слой наночастиц углерода с размером от 5 до 100 нм.
Таким образом, продавленная текстура формирует микрорельеф, а осаждение наночастиц углерода добавляет нанорельеф, что подобно поверхности листа лотоса - растения с очень высокими гидрофобными свойствами. При этом, комбинирование нано- и микрорельефа согласно предложенному изобретению, обеспечивает значительно лучшие гидрофобные свойства, чем использование нано- и микрорельефов по отдельности.
Для улучшения сцепления углерода с металлической текстурой поверхность пропитывают 0,1% раствором синтетического каучука в ацетоне. Полученная супергидрофобная структура, которая показана на фиг. 2, обеспечивает рост краевого угла до 160 градусов, что показано на фиг. 3. С ростом краевого угла увеличивается интенсивность теплоотдачи при капельной конденсации за счет уменьшения диаметра капель и повышения скорости их стекания с поверхности.
Использование изобретения позволяет исключить технически сложные операции формирования гидрофобной поверхности с помощью лазера или с использованием сушильного шкафа. Полученное покрытие позволяет достигнуть краевого угла от 150 до 160 градусов с помощью простых операций формирований продавленной микротекстуры и нанесения наночастиц углерода.
Claims (1)
- Способ формирования супергидрофобной структуры поверхности, основанный на осаждении наночастиц, отличающийся тем, что в качестве указанной поверхности используют металлическую поверхность, на которой вначале сферическими частицами продавливают микротекстуру характерным размером 70-80 мкм, затем осуществляют осаждение из газовой фазы наночастиц углерода размером от 5 до 100 нм, формируя тем самым структуру с комбинированной шероховатостью, далее полученную поверхность упрочняют с помощью пропитки 0,1% раствором синтетического каучука в ацетоне.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2021117685A RU2769107C1 (ru) | 2021-06-17 | 2021-06-17 | Способ формирования комбинированной супергидрофобной структуры поверхности |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2021117685A RU2769107C1 (ru) | 2021-06-17 | 2021-06-17 | Способ формирования комбинированной супергидрофобной структуры поверхности |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2769107C1 true RU2769107C1 (ru) | 2022-03-28 |
Family
ID=81075853
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2021117685A RU2769107C1 (ru) | 2021-06-17 | 2021-06-17 | Способ формирования комбинированной супергидрофобной структуры поверхности |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2769107C1 (ru) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2790384C1 (ru) * | 2022-09-14 | 2023-02-17 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет "МЭИ" (ФГБОУ ВО "НИУ "МЭИ") | Способ формирования супергидрофобной структуры поверхности металла |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5814392A (en) * | 1994-03-23 | 1998-09-29 | Board Of Regents, The University Of Texas System | Boiling enhancement coating |
US6192979B1 (en) * | 1995-06-12 | 2001-02-27 | Fraunhofer-Gesellschaft Zur Foderung Der Angewandten Forschung E.V. | Use of plasma polymer layer sequences as functional layers in material transport or heat exchanger systems |
CN101531335A (zh) * | 2009-04-08 | 2009-09-16 | 西安交通大学 | 飞秒激光制备金属表面超疏水微结构的方法 |
RU2486295C1 (ru) * | 2012-02-28 | 2013-06-27 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт химии Дальневосточного отделения Российской академии наук | Способ получения защитных супергидрофобных покрытий на стали |
RU2605401C2 (ru) * | 2014-11-19 | 2016-12-20 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт физической химии и электрохимии им. А.Н. Фрумкина Российской академии наук (ИФХЭ РАН) | Способ придания супергидрофобных свойств поверхности металла |
RU2750831C1 (ru) * | 2020-11-23 | 2021-07-05 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет "МЭИ" (ФГБОУ ВО "НИУ "МЭИ") | Способ формирования гидрофобной текстуры на поверхности металла |
-
2021
- 2021-06-17 RU RU2021117685A patent/RU2769107C1/ru active
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5814392A (en) * | 1994-03-23 | 1998-09-29 | Board Of Regents, The University Of Texas System | Boiling enhancement coating |
US6192979B1 (en) * | 1995-06-12 | 2001-02-27 | Fraunhofer-Gesellschaft Zur Foderung Der Angewandten Forschung E.V. | Use of plasma polymer layer sequences as functional layers in material transport or heat exchanger systems |
CN101531335A (zh) * | 2009-04-08 | 2009-09-16 | 西安交通大学 | 飞秒激光制备金属表面超疏水微结构的方法 |
RU2486295C1 (ru) * | 2012-02-28 | 2013-06-27 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт химии Дальневосточного отделения Российской академии наук | Способ получения защитных супергидрофобных покрытий на стали |
RU2605401C2 (ru) * | 2014-11-19 | 2016-12-20 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт физической химии и электрохимии им. А.Н. Фрумкина Российской академии наук (ИФХЭ РАН) | Способ придания супергидрофобных свойств поверхности металла |
RU2750831C1 (ru) * | 2020-11-23 | 2021-07-05 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет "МЭИ" (ФГБОУ ВО "НИУ "МЭИ") | Способ формирования гидрофобной текстуры на поверхности металла |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
XU DENG et al, Candle Soot as a Template for a Transparent Robust Superamphiphobic Coating, Science, 2012, v. 335, p.p. 67-69. * |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2790384C1 (ru) * | 2022-09-14 | 2023-02-17 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет "МЭИ" (ФГБОУ ВО "НИУ "МЭИ") | Способ формирования супергидрофобной структуры поверхности металла |
RU2805728C1 (ru) * | 2023-03-09 | 2023-10-23 | Акционерное общество "Дальневосточная генерирующая компания" (АО "ДГК") | Способ формирования супергидрофобной структуры поверхности |
RU2806197C1 (ru) * | 2023-03-20 | 2023-10-27 | Вячеслав Геннадьевич Глухов | Способ получения механически прочных супергидрофобных поверхностей на основе двуслойных гальванических покрытий с матрицами из меди и хрома |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP7158765B2 (ja) | 低反射率コーティングならびに基板に塗布するための方法およびシステム | |
Vorobyev et al. | Direct femtosecond laser surface nano/microstructuring and its applications | |
Ali et al. | Techniques for the fabrication of super-hydrophobic surfaces and their heat transfer applications | |
Berger et al. | Ultraviolet laser interference patterning of hydroxyapatite surfaces | |
CN110139719B (zh) | 具有优异的稳定性和耐久性的亲水性多功能超薄涂层 | |
Samanta et al. | Large-area surface wettability patterning of metal alloys via a maskless laser-assisted functionalization method | |
Cangueiro et al. | Mechanisms of the formation of low spatial frequency LIPSS on Ni/Ti reactive multilayers | |
Shelemin et al. | Preparation of biomimetic nano-structured films with multi-scale roughness | |
RU2769107C1 (ru) | Способ формирования комбинированной супергидрофобной структуры поверхности | |
Lasagni et al. | Direct fabrication of periodic structures on surfaces: laser interference patterning as new scalable industrial tool | |
RU2790384C1 (ru) | Способ формирования супергидрофобной структуры поверхности металла | |
KR101335705B1 (ko) | 초발수 특성을 가진 금속 표면 구조 및 이의 형성 방법 | |
RU2146565C1 (ru) | Способ нанесения покрытия на режущие кромки | |
Piatkowski et al. | Simultaneous Carburization, Oxidation, and Nitridation of Titanium Surface Using Ablation by Femtosecond Laser in n‐Heptane | |
RU2365672C1 (ru) | Способ получения антифрикционных тонких пленок | |
RU2591826C2 (ru) | Способ нанесения коррозионно-стойкого углеродного покрытия на поверхности стали | |
Plyatsuk et al. | Ecologically safe process for sulfo-aluminizing steel parts | |
RU2615851C2 (ru) | Поглощающее лазерное излучение покрытие и способ его получения | |
Egorkin et al. | Formation and electrochemical properties of the hydrophobic composite coatings on aluminum alloy | |
DE60119924D1 (de) | Ablations- und isolationsschcht zur verwendung bei laserschockbestrahlung | |
Hassanuddin et al. | Effects of Al2O3-13% TiO2 coating particle size on commercial mild steel via plasma spray method | |
Thajeel et al. | Laser annealing of gold thin films as a platform for plasmonic sensing applications | |
US10449507B2 (en) | Methods and systems for converting carbon dioxide into graphene | |
RU2805728C1 (ru) | Способ формирования супергидрофобной структуры поверхности | |
RU2781873C1 (ru) | Способ формирования металлооксидных пористых покрытий на титановых изделиях |