Лазерная и химическая функционализация поверхности для контролируемого изменения смачиваемости в задачах интенсификации теплообмена

Интенсификация теплообмена на бифильной поверхности кремния: а – cхема подготовки поверхности, б – зависимость краевого угла смачивания от толщины фторполимера, в – кипение воды на поврехности кремния до лазерной обработки (сверху) и после обработки (снизу).

Найдено, что в узком диапазоне условий наносекундного лазерного воздействия на поверхности монокристаллического кремния образуется периодическая решетка с «холмами» в узлах (плотность энергии 3…5 Дж/см2, число импульсов 50, длина волны 1064 нм, кислород содержащие окружение). На наноуровне материал представляет собой пористую структуру оксида кремния. Впервые предложен механизм формирования структуры, комбинирующей пространственную модуляцию оптических свойств поверхности и развитие неустойчивости типа Рихтмайера-Мешкова. Лазерная обработка кремния в обнаруженных условиях придает его поверхности стойкие супергидрофильные свойства. Показана возможность контролируемого перехода от супергидрофильности к супергидрофобности при покрытии полученного материала фторполимером методом хими-ческого осаждения из газовой фазы с активацией на горячей проволоке. Внедрение фторполимера в нанопоры обеспечивает высокую стабильность образцов. Показано, что обработка поверхности фокусированным лазерным излучением низкой интенсивности восстанавливает исходные супергидрофильные свойства на микронных масштабах, что позволило создать бифильные материалы с резким градиентом смачивания. Продемонстрирована перспективность создаваемых материалов для интенсификации теплообмена, на примере испарения капель жидкости, кипения и орошения.

ИТ СО РАН. Руководитель работы – Старинский Сергей Викторович с.н.с, к.ф.-м.н. Исполнители –Булгаков Александр Владимирович гл.н.с, д.ф.-м.н.; Родионов Алексей Александрович аспирант; Шухов Юрий Геннадьевич вед. инженер; Сафонов Алексей Иванович с.н.с, к.ф.-м.н.; Сердюков Владимир Сергеевич м.н.с, к.ф.-м.н.; Суртаев Антон Сергеевич с.н.с, к.ф.-м.н.. +7 (383) 330-80-94.