李森墉创新超疏水微结构的物性与加工方法的研究.ppt

第十五屆海峽兩岸機械工程技術交流會,創新超疏水微結構的物性與加工方法的研究,成功大學機械系李森墉教授(創意工程;工程分析;固力與振動)Tel:886-6-2757575ext.62150E-mail:.tw2012/7/27於宁夏銀川,蓮花：出淤泥而不染，濯清漣而不妖語出宋朝周敦頤愛蓮說-蓮花具自潔能力蓮花效應(LotusEffect)一詞是在1997年由德國植物學家Barthlott與Neinhuis研究蓮葉表面現象時所創造出的詞語。,(一)簡介蓮花效應(LotusEffect)-1/2,-4-,蓮花效應(LotusEffect)-2/2,1.水珠在蓮葉表面上形成如球狀的高接觸角(ContactAngle)2.表面稍微傾斜，可讓水珠滾動並帶走表面髒污,-5-,(二)蓮花結構(super-hydrophobicstructures),表面具有5-15mm大小的突柱狀(Pillar),約60nm毫毛之表皮細胞(EpidermalCell)2.表面上覆蓋一層約100nm的蠟質結晶(WaxCrystal),-6-,具類蓮花結構之其他生物,約200種植物之樹葉:dahlia,rose,tulips,iris,asphodels,drosera,eucalyptusandgingkobiloba.動物:waterstriderlegs,butterflywings,duckfeathers,cicadas.,-7-,(三)蓮花效應的特色,1.防水2.具自潔能力3.固體與液體間為滑動邊界,-8-,(四)蓮花效應之產業應用,1.太陽能熱水器、太陽能發電面板(-自潔)2.高樓大廈之表面/玻璃惟幕(-自潔)3.古蹟維護、家庭衛浴設備(-防水/自潔)4.高山防結冰結構:纜車、輸配電塔、建築(-防水)5.機翼防結冰結構-飛航安全(-防水)6.醫院/大廈之通風管路(-自潔)7.低(水、空氣)阻力結構:泳衣、防水衣、提高機翼昇力、降低飛機失速(-滑動邊界)8.葉克膜(ECMO)/洗腎機(-滑動邊界)9.集水膜,-9-,(五)發展現況(產業界與學術界)-1/2,目前研究方法基於仿生(biomimicry)的概念化學方式:改變表面性質析出、塗佈奈米顆粒物理方式:改變表面粗糙度微機電製程:蝕刻(Etching)、微影技術(Lithography)、轉印,-10-,發展現況(產業界與學術界)-2/2,仿生研究方法的錯失(1)無法量產：(量產微結構主要方法是微轉印)a.無法量產納米毫毛b.轉印微米凸狀結構時不易(air)c.在轉印製造過程結構易產生破壞。(2)結構強度弱，施工性不足(3)工程上使用條件與大自然者不同,-11-,(六)研究方向與突破-(1/4)創新的反自然蓮花結構,-12-,接觸角(ContactAngle),液體和固體接觸的地方形成一個角度，靜態接觸角定義為液滴在固體表面上濕潤所呈現的角度，並可表示液滴於該表面的濕潤狀態。水的表面張力為72mN/m，其值代表為LV液氣間界面之表面張力。,前進角與後退角(Advancingandrecedingcontactangle)：滑動角,模具製造方法,飛秒雷射加工機械加工(V-cut)微機電製程,樣本製造,實驗樣本製作成型：,水滴撞擊材料表面之動態量測實驗,水滴約5L大小，使水滴自由落下至表面，此時立刻開啟拍攝儀器，即可觀測水滴撞擊表面瞬間的變化。,研究方向與突破-(2/4)實驗結果(1/4),-13-,研究方向與突破-(3/4)實驗結果(2/4),水滴反彈情形,0ms,9.8ms,57.4ms,69.6ms,-14-,研究方向與突破-(4/4)實驗結果(3/4),3.8ms,5.8ms,6.8ms,10.2ms,14.6ms,水滴撞擊傾斜之試片材料表面水滴於具微結構表面傾斜30於14cm高處落下之反彈情形,太陽光模擬I-V量測系統,1.採用（2cm*2cm）之0.5V單晶太陽能模組（達逸光電有限公司），如圖所示(樣品厚度：2mm),-15-,太陽光模擬I-V量測實驗結果(4/4)(各實驗試片之最大輸出功率-Pmax）,結論,1.一創新微米結構具奈微米結構(蓮花結構)的超疏水性與自潔能力2