3D打印PLA超疏水多孔材料表面蒸发实验分析

一、液滴蒸发模式特性

在亲水表面，液滴蒸发时接触角和接触半径同步减小，呈现典型的MIX模式变化特征；而在疏水及超疏水表面，液滴蒸发过程则经历CCA（恒接触角）→ CCR（恒接触半径）→ MIX三种模式的动态转变。疏水/超疏水表面蒸发过程中，液滴会吸收凝聚能量至临界点后发生跳动现象，随后迅速蒸发殆尽。跳动前后，液滴依次经历不同润湿模型转变，最终趋近或达到Cassie状态（固-液接触面封存空气）。实验验证了液滴体积的2/3次方与蒸发时间符合2/3次幂定律，证实了蒸发过程的规律性。

二、蒸发速率影响因素

• 亲水表面：液滴铺展面积大，水蒸气扩散效率高，蒸发速率大；但蒸发制冷效应导致蒸发速率波动显著。
• 疏水/超疏水表面：液滴铺展面积小，固-液/气-液接触面积小，蒸发过程中周围水蒸气密度逐渐升高；滚动特性促使形成稳定的Cassie状态，空气导热性差导致蒸发速率较小，且蒸发制冷对速率的影响弱于亲水表面，整体蒸发速率显著低于亲水表面。

三、材料制备与性能优化

通过3D打印改性光固化树脂制备多孔材料，经润湿性调控发现：当HN-SiO?质量分数1.5%、修饰时间45min时，样品F性能最优（接触角CA=166.1°，滚动角SA=5.62°）。基于此制备的油水分离器对正己烷、甲苯、石油醚、三氯甲烷、大豆油的分离效率均＞95%，多次循环后仍保持＞88%的分离效率。

四、自清洁与防结冰性能

• 自清洁性能：表面碳粉易附着于孔隙内，导致不同黏附性超疏水表面的自清洁功能差异不显著。
• 防结冰性能：超疏水表面水滴比亲水表面更易结冰，主因是亲水表面与水滴/孔隙接触面积大，孔隙内空气的隔热作用减弱了热传导效率。

五、研究不足与展望

• 现有局限：3D打印多孔样品孔径偏大，油水分离时对混合物的承载能力有限；虽具应用价值，但需拓展至微纳孔隙以扩大应用范围。
• 未来方向：从能量角度深入分析液滴蒸发波动现象，探究蒸发过程中能量变化规律及跃迁机制，以全面揭示多孔超疏水表面的液滴蒸发特性。

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