纳米有序多孔阳极氧化铝表面润湿特性研究

【作者】 王建； 杨军； 陈建彪； 李燕； 王成伟；

【Author】 C.-W.Wang;

【机构】 甘肃省原子分子物理与功能材料重点实验室物理与电子工程学院；

【摘要】 纳米多孔阳极氧化铝(AAO)具有有序多孔的表面结构,为研究结构化固体表面润湿机理提供了一种理想的结构模型,现有的结构化固体表面润湿模型主要是Wenzel和Cassie模型,它们是两种极端润湿态模型,然而至今没有一种理论模型对中间润湿态进行研究。因此,本文以液滴在有序多孔阵列表面形成的中间润湿态为研究对象,建立了中间润湿态模型——-液体部分的浸入到粗糙表面的孔道区域中,空气被囚禁在液滴和微纳结构之间,从而形成了液滴下有液-气界面存在的复合接触,这种状态下液滴的润湿行为取决于液-气-固体系的吉布斯界面自由能。通过测量二次阳极氧化法制备的AAO阵列膜表面的润湿性,发现模型预测的规律与实验观测数据相一致:一是随着纳米孔深度(或纳米孔径)的增大,接触角不断增大;二是接触角与水滴的体积无关,说明该模型对于解释中间润湿态是非常有效的。尔后,采用中间润湿态模型阐明了AAO表面几何参数(孔径和孔深度)对接触角影响的主要物理机理,即孔道中的水和空气在调制体系界面自由能密度方面扮演了重要角色,水-空气-AAO体系的界面自由能密度主导了三相接触线在AAO表面的调整行为,使得水滴的润湿行为有所不同,进而呈现出各种接触角。更多还原