用于改善飞机螺旋桨防结冰性能的硅橡胶超疏水表面耐久性和延迟结冰性能研究

飞机螺旋桨在服役过程中由于地域性差异和天气的变化可能会遇到各种苛刻的环境。因此,理想的飞机螺旋桨用橡胶复合材料必须具备极好的超疏水性能、延迟结冰性能和环境耐久性。本文通过模板法和高温处理制备了硅橡胶超疏水表面,研究了低温冷冻、高温加热和紫外辐照对超疏水硅橡胶疏水性能的影响。此外,为了揭示超疏水硅橡胶在空气湿度影响下的延迟冻结行为,设计了延迟结冰装置,并利用扫描电子显微镜(Scanning electron microscopy,SEM)和能谱仪(Enery dispersive spectrometer,EDS)分析了超疏水性能的变化和延迟冻结机理。结果表明,制备的超疏水硅橡胶具有良好的环境耐久性和延迟冻结性能,在飞机螺旋桨超疏水电热防冰方面具有实际应用价值。

SiO_(2)-CIP/PDMS超疏水防除冰涂层的制备及性能研究

结冰是生活中一种常见的自然现象,但当冰层在基础设施或者交通工具等表面积聚时,会不可避免地影响它们的安全运行,进而带来设备失效的风险,甚至产生安全事故。因此,研究材料表面的防除冰机制,制备具有防除冰性能的功能性涂层材料,防止设备表面结冰,有助于提高各种设备的使用可靠性,具有重要的现实意义。受大自然中荷叶超疏水性能的启发,本文从提高材料表面疏水性的角度出发,结合羰基铁粉(CIP)深色金属粒子的太阳光响应性,以聚二甲基硅氧烷(PDMS)为基底,通过向其中引入定向CIP,然后再在其表面修饰SiO2纳米粒子,最终得到具有微纳结构的SiO_(2)-CIP/PDMS超疏水防除冰涂层。结果表明,涂层的静态接触角高达159.7°±2°,滚动角低至2.7°±1°,其延迟结冰时间长达1120s,冰的黏附强度低至78.33kPa。本文所制备的涂层具有优异的超疏水、自清洁和防除冰性能,且具有一定的太阳光响应性,具有良好的户外防除冰应用前景。

氟基自组装超疏水涂层防冰霜及液滴接触特性研究

为了研究冷表面对超疏水涂层的防冰霜性能和液滴的撞击接触行为的影响,在碳纤维表面喷涂氟基自组装超疏水涂层,然后在半导体制冷台上对试样进行结霜、液滴结冰和液滴接触行为的可视化观测,分析超疏水涂层表面的结霜、液滴结冰以及液滴的撞击接触行为随时间的变化规律。结果表明:在-5℃下,与普通表面不同,超疏水表面的凝结液滴没有发生冻结。在-10、-15℃下,超疏水表面的抑霜效果明显优于普通表面,结霜时间分别延迟了34 s和22 s;在-5、-10、-15℃下,超疏水表面上液滴的延迟结冰时间分别是普通表面的16倍、10倍、9倍;在不同温度下,液滴在撞击低温超疏水表面后,最大铺展直径相同,在-5、-10℃下液滴部分反弹,25℃下液滴在超疏水表面反弹了11次。

超疏水防冰材料的理论基础与应用研究进展

近年来,飞机防/除冰问题的研究广受关注。传统的主动防/除冰方式会增加飞机的设计与制造成本,且持续的冷热交替和振动会降低飞机蒙皮材料的使用寿命,存在严重的安全隐患。因此,受自然界动植物的启发,新型被动超疏水防冰技术被广泛讨论与研究,为飞机防/除冰提供了一种低成本、高效、轻量的方法。针对新型被动超疏水防冰材料,综述了近年来防冰材料的超疏水润湿理论的进展;归纳了具有代表性的润湿理论模型,包括杨氏方程、Wenzel理论、Cassie-Baxter理论、接触线理论等;总结了当前广泛应用的防冰材料制备方法,包括刻蚀法、溶胶-凝胶法和气相沉积法等。另外,针对目前国内外的研究热点,进一步阐述了超疏水材料的防冰性能及防冰机理研究,综述了结冰形核和结冰延迟过程中的撞击液滴弹跳动力学、结冰热力学、成相理论、非均匀形核原理、传热理论等机理,以及冰粘附性能的测试评价方法。最后,针对冰层粘附强度的测试标准、不同冰型冰粘附力的区别、剪切力作用下除冰性能涉及的机理等问题进行了展望。

铝基防冰表面的研究进展

铝和铝合金是用途十分广泛的金属材料,当其作为设备表面置于零度以下工作时,设备表面的防冰保护对其安全运行具有重要意义。本文综述了两种类型的铝基防冰表面:超疏水型和有机润滑型。首先介绍了铝基表面微纳米结构的制备方法及其表面的低能化,并总结其优缺点。然后阐述了铝基表面防冰性能的表征手段,包括水滴延迟结冰和冰黏附强度,通过表征可判断不同铝基表面防冰性能的差异。最后提出铝基防冰表面未来的研究应聚焦于铝基表面的耐磨性及结冰/除冰循环下表面防冰的可持续性。

具有可拉伸性的石墨烯半导体超疏水涂层

超疏水性涂层是理想的防冰材料,超疏水性材料能够推迟冰晶的形成或降低冰黏附强度,但现有涂层存在机械性能差、性能参数自然衰老快等问题。通过将改性石墨烯部分嵌入弹性体的方法制备新型涂层,对涂层进行结冰—除冰性能测试比对,并对涂层的表面结构及化学成分进行分析。结果表明:新型涂层具有一定的电热除冰能力,机械性能测试中应变、耐磨、抗老化等方面均表现出优异的性能;引入涂层的石墨烯是使涂层具备一定主动除冰能力的关键,该涂层特有的主、被动双重除冰属性是区别于传统的被动涂层特有属性,不仅为双属性防冰涂层的研发奠定了基础也开辟了防冰涂层新的发展方向。

飞秒激光加工镍箔构建三维多孔结构用于防除冰

结冰对人类的日常生活和工业应用造成巨大的危害,而超疏水表面因其不消耗外部能量即能有效地用于防除冰而受到人们的特别关注;提出一种使用乙醇辅助飞秒激光制备三维多孔超疏水表面的方法,并研究其在不同激光加工参数下的性能。制备的三维多孔结构可以将照射在超薄镍箔表面的太阳光有效吸收,其太阳照射饱和温度是裸镍表面的1.36倍,可有效地提高光热除冰效率。此外,该结构在材料表面会形成一层稳定的气膜,使其具有优异的超疏水性能。这种简单快速的三维多孔超疏水表面制备方法,将在防除冰、光电子、物理和化学等领域展现广阔的应用前景。