一种表面织构疏水性能评估方法、系统及存储介质

1.本发明涉及表面织构检测技术领域，尤其涉及一种表面织构疏水性能评估方法、系统及存储介质。


背景技术：

2.表面疏水是人们在自然界中观察到的一种特殊现象，如著名的“荷叶效应”：水滴在荷叶表面自由滚动，并且不会打湿荷叶表面。这一特殊功能在实际生产中有着广阔应用前景，如电子设备的防水、机械部件的防水防结冰以及干旱地区的集水装置等。研究人员通过对荷叶表面的进一步研究发现表面上微凸体的存在是导致其超疏水性能产生的主要原因。据此，研究人员通过在材料表面构造出不同几何形状和参数的表面织构，以获得与荷叶类似的表面结构。进一步的研究表明织构的几何形状与参数对表面的疏水性能有着重要影响，因此，合适的织构参数至关重要。
3.目前，针对表面织构疏水性能识别与评估这一问题多采用实验手段，利用激光、蚀刻等方法对材料表面加工以获得带织构的表面，开展接触实验得到该织构表面的接触角，判断该织构表面的疏水性能。但由于加工工艺复杂、加工精度高，使得对不同织构表面的疏水性能的识别与评估耗时长且消耗大。


技术实现要素：

4.本发明提供了一种表面织构疏水性能评估方法、系统、及存储介质，以解决现有针对不同织构表面的疏水性能的识别与评估耗时长且消耗大的问题。
5.为了实现上述目的，本发明通过如下的技术方案来实现：
6.第一方面，本发明提供一种表面织构疏水性能评估方法，包括：
7.根据待评估表面织构构建目标表面织构模型，并在所述目标表面织构模型上设置模拟的水分子团簇；
8.基于所述表面织构模型和预设模拟条件模拟水分子团簇与所述表面织构模型的接触过程，并在水分子团簇与所述表面织构模型接触稳定时，计算所述水分子团簇与所述表面织构模型之间的接触角；
9.根据所述接触角确定待评估的表面织构的疏水性能。
10.可选地，所述根据待评估的表面织构构建目标表面织构模型，包括：
11.确定待评估表面织构的结构参数信息，所述结构参数信息包括待评估表面织构的几何形状、尺寸、微凸体数量、微凸体高度、微凹体数量以及微凹体深度；
12.根据所述结构参数信息构建目标表面织构模型。
13.可选地，所述预设模拟条件包括压强、温度、电场、磁场以及气体氛围。
14.可选地，所述基于所述表面织构模型和预设模拟条件模拟水分子团簇与所述表面织构模型的接触过程，包括：
15.基于所述表面织构模型和所述水分子团簇之间的相互作用确定目标势函数；
16.基于所述目标势函数、所述表面织构模型和预设模拟条件模拟水分子团簇与所述表面织构模型的接触过程。
17.可选地，所述计算所述水分子团簇与所述表面织构模型之间的接触角，包括：
18.获取目标图像，所述目标图像为预设模拟条件下，水分子团簇与所述表面织构模型接触稳定时的图像；
19.对所述目标图像进行灰度处理，并提取所述目标图像中的水分子团簇轮廓和目标表面织构模型轮廓；
20.基于所述水分子团簇轮廓和目标表面织构模型轮廓确定所述接触角。
21.可选地，所述根据所述接触角确定待评估的表面织构的疏水性能，包括：
22.在接触角大于预设角度的情况下，视为待评估表面织构具有疏水性；
23.在接触角小于预设角度的情况下，视为待评估表面织构不具有疏水性；
24.其中，接触角越大，视为待评估表面织构的疏水性越好。
25.可选地，所述预设角度为90
°
。
26.可选地，所述水分子团簇的面积大于预设的面积阈值。
27.第二方面，本技术还提供一种表面织构疏水性能评估系统，包括存储器、处理器以及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述第一方面所述方法的步骤。
28.第三方面，本技术还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现如第一方面所述的方法步骤。
29.有益效果：
30.本发明提供的表面织构疏水性能评估方法，根据待评估表面织构构建目标表面织构模型，基于表面织构模型和预设模拟条件模拟水分子团簇与表面织构模型的接触过程，在水分子团簇与表面织构模型接触稳定时，根据水分子团簇与表面织构模型之间的接触角；确定待评估的表面织构的疏水性能可以对设计的任意织构的疏水性能进行识别与评估，无需生产加工，便于获取大量数据以实现对织构几何形状与参数的优化。
31.本发明提供的表面织构疏水性能评估方法，可以模拟多种条件下织构表面的疏水性能，能有效节约资源。
附图说明
32.图1为本发明优选实施例的一种表面织构疏水性能评估方法的流程图；
33.图2为本发明优选实施例的带水分子的目标表面织构模型的示意图；
34.图3为本发明优选实施例的接触稳定后水分子团簇与织构表面的接触示意图；
35.图4为本发明优选实施例的接触角的示意图。
具体实施方式
36.下面对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
37.除非另作定义，本发明中使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内
具有一般技能的人士所理解的通常意义。本发明中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。同样，“一个”或者“一”等类似词语也不表示数量限制，而是表示存在至少一个。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也相应地改变。
38.请参见图1，本技术实施例提供一种表面织构疏水性能评估方法，包括：
39.根据待评估表面织构构建目标表面织构模型，并在目标表面织构模型上设置模拟的水分子团簇；
40.基于表面织构模型和预设模拟条件模拟水分子团簇与表面织构模型的接触过程，并在水分子团簇与表面织构模型接触稳定时，计算水分子团簇与表面织构模型之间的接触角；
41.根据接触角确定待评估的表面织构的疏水性能。
42.在本实施例中，构建目标表面织构模型时，可以通过分子动力学模拟软件ovito进行构建，此处仅做示例，不做限定。在一示例中，目标表面织构模型可以是如图2所示的模型，其中，目标表面织构模型为基体，在基体上设置有水分子。
43.在模拟水分子团簇与所述表面织构模型的接触过程时，可以通过大规模原子分子并行模拟器如lammps进行模拟。
44.其中，水分子团簇的面积大于预设的面积阈值。换言之，在织构表面放置大量水分子使得水分子形成较大团簇，以便于接触角的观察。
45.水分子团簇与表面织构模型接触稳定是指水分子团簇与表面织构模型的接触面达到最大程度，同时无单个水分子脱离该水分子团簇的状态，并在至少10000个时间步长内保持该状态。具体而言，接触稳定的情形可以如图3所示。
46.上述的表面织构疏水性能评估方法，可以对设计的任意织构的疏水性能进行识别与评估，无需生产加工，便于获取大量数据以实现对织构几何形状与参数的优化。且，本发明提供的表面织构疏水性能评估方法，可以模拟多种条件下织构表面的疏水性能，能有效节约资源。
47.可选地，根据待评估的表面织构构建目标表面织构模型，包括：
48.确定待评估表面织构的结构参数信息，结构参数信息包括待评估表面织构的几何形状、尺寸、微凸体数量、微凸体高度、微凹体数量以及微凹体深度；
49.根据结构参数信息构建目标表面织构模型。
50.需要说明的是，不同的表面织构的结构参数信息存在较大的区别，在本可选的实施方式中，通过针对于待评估表面织构的结构参数信息构建目标表面织构模型，可以更贴近表面织构的真实情况，更有针对性、更准确地实现对不同的表面织构的分析。
51.可选地，预设模拟条件包括压强、温度、电场、磁场以及气体氛围。
52.在本可选的实施方式中，通过设置不同的外部条件如压强、温度、电场、磁场和气体氛围等，可以模拟不同条件下水分子团簇与织构表面的接触过程，能更全面的考虑水分子团簇与织构表面的接触情况。
53.可选地，基于表面织构模型和预设模拟条件模拟水分子团簇与表面织构模型的接
触过程，包括：
54.基于表面织构模型和水分子团簇之间的相互作用确定目标势函数；
55.基于目标势函数、表面织构模型和预设模拟条件模拟水分子团簇与表面织构模型的接触过程。
56.在本可选的实施方式中，针对水分子与表面织构的表面材料间的相互作用选取合适的目标势函数，进一步模拟接触过程，可以获得水分子团簇在织构表面的运动过程，以及最终接触稳定时的图像。
57.可选地，计算水分子团簇与表面织构模型之间的接触角，包括：
58.获取目标图像，目标图像为水分子团簇与表面织构模型接触稳定时的图像；
59.对目标图像进行灰度处理，并提取目标图像中的水分子团簇轮廓和目标表面织构模型轮廓；
60.基于水分子团簇轮廓和目标表面织构模型轮廓确定接触角。
61.其中，接触角如图4所示，通过确定水分子团簇和目标表面织构模型的接触角，可以快速确定目标表面织构模型的疏水性。图4中，接触角θ＝112.6
°
。
62.可选地，根据接触角确定待评估的表面织构的疏水性能，包括：
63.在接触角大于预设角度的情况下，视为待评估表面织构具有疏水性；
64.在接触角小于预设角度的情况下，视为待评估表面织构不具有疏水性；
65.其中，接触角越大，视为待评估表面织构的疏水性越好。
66.本实施例中，预设角度可以是90
°
，此处仅做示例，不做限定，在其他可行的实施方式中，还可以在一定程度上调整预设角度的大小。
67.在一示例中，首先，建立一个带有水分子的表面织构模型。其次选取合适的势函数参数并设置模拟条件，模拟水分子团簇与织构表面的接触过程。最后利用图像识别方法对接触稳定时水分子团簇与织构表面的接触角进行计算，从而判断该织构表面的亲、疏水性能。
68.可选地，本技术实施例还提供一种表面织构疏水性能评估系统，包括存储器、处理器以及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述方法的步骤。该表面织构疏水性能评估系统可以实现上述的表面织构疏水性能评估方法的各个实施例，且能达到相同的有益效果，此处，不做赘述。
69.可选地，本技术实施例还提供一种可读存储介质，所述可读存储介质上存储程序或指令，所述程序或指令被处理器执行时实现如上所述的机器视觉识别方法的步骤。该可读存储介质可以实现上述的表面织构疏水性能评估方法的各个实施例，且能达到相同的有益效果，此处，不做赘述。
70.以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。