技術(shù)文章
更新時(shí)間:2025-12-01
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現(xiàn)代潛水服已超越傳統(tǒng)保溫概念,發(fā)展為集防護(hù)、機(jī)動(dòng)、抗污于一體的高科技功能性裝備。其表面持續(xù)面臨三重挑戰(zhàn):生物污損、油性污染、有機(jī)吸附。這些污損不僅增加潛水員運(yùn)動(dòng)阻力、加速材料老化,更可能成為病原微生物的溫床。傳統(tǒng)的水接觸角測(cè)試(在空氣中)無(wú)法反映材料浸沒(méi)后的真實(shí)界面行為。因此,水下油接觸角測(cè)試成為評(píng)估潛水服材料表面抗污性能的黃金標(biāo)準(zhǔn)。
而水下油接觸角測(cè)試構(gòu)建了一個(gè)模擬真實(shí)環(huán)境的 “固-水-油"三相體系。
測(cè)試模型:將潛水服材料樣品wan全浸沒(méi)于水相(模擬海水),隨后在水下將一滴標(biāo)準(zhǔn)油(如十六烷、二dian甲烷或模擬原油)注射至材料表面。接觸角測(cè)量?jī)x記錄油滴在固-液界面形成的水下油接觸角。
科學(xué)內(nèi)涵:該角度直接表征材料表面水化層的穩(wěn)定性與排斥油相的能力。一個(gè)高且穩(wěn)定的水下油接觸角(通常 >150° 為水下超疏油)意味著:
表面具有強(qiáng)親水性,能形成致密水合層;
該水合層作為能量屏障,阻止油滴直接接觸固體基底;
符合“Cassie 水下疏油"狀態(tài),油滴僅與表面微凸起頂端的“水墊"接觸,粘附力極低。
一、樣品制備與環(huán)境模擬
基材處理:對(duì)潛水服面料(常見(jiàn)為氯丁橡膠、尼龍/氨綸復(fù)合面料)進(jìn)行清潔,去除脫模劑等雜質(zhì)。
涂層評(píng)估:測(cè)試各類功能性涂層(如親水性聚合物涂層、兩性離子涂層、仿鯊魚皮微結(jié)構(gòu)涂層)的處理效果。
液體選擇:
水相:采用3.5% NaCl溶液模擬海水,或添加表面活性劑模擬復(fù)雜水質(zhì)。
油相:根據(jù)污染源選擇,十六烷(非極性)、二dian甲烷(極性)或原油。
二、測(cè)試過(guò)程:
浸沒(méi)與平衡:樣品需在水下充分浸泡(通常 >30分鐘),使表面達(dá)到溶脹平衡,模擬長(zhǎng)時(shí)間潛水狀態(tài)。
液滴注射:使用耐腐蝕的特氟龍注射針頭,在水下平穩(wěn)釋放油滴(體積通常2-5 µL)。
圖像捕捉:采用高速相機(jī)在油滴接觸表面瞬間(<1秒)捕捉側(cè)視圖像,避免因油滴滲透或擴(kuò)散導(dǎo)致的測(cè)量誤差。
動(dòng)態(tài)分析:測(cè)量水下前進(jìn)角與后退角,計(jì)算接觸角滯后。滯后越小,表明油滴越易滾落,自清潔能力越強(qiáng)。
水下油接觸角測(cè)量技術(shù),將潛水服材料的性能評(píng)估從宏觀推向微觀分子界面層面,是連接實(shí)驗(yàn)室創(chuàng)新與海洋工程應(yīng)用的橋梁。未來(lái),隨著測(cè)試儀器向自動(dòng)化、高通量、多環(huán)境耦合(壓力-溫度-流速)方向發(fā)展,該技術(shù)將更深入地推動(dòng)潛水服向自適應(yīng)、長(zhǎng)時(shí)效、超防護(hù)的“第二皮膚"演進(jìn)。通過(guò)精準(zhǔn)的界面工程與嚴(yán)謹(jǐn)?shù)谋碚?,我們能為潛水員打造出真正意義上的“微觀護(hù)甲",使其在探索深藍(lán)時(shí)免受污損之?dāng)_。
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