炭黑/PDMS光热超疏水涂层的制备及防冰除冰性能

通过在基材表面喷涂环氧树脂作为黏合剂,然后喷涂炭黑纳米粒子、聚二甲基硅氧烷(PDMS)以及十七氟癸基三乙氧基硅烷(PFDTES)的共混液制备了一种炭黑/PDMS光热超疏水涂层。炭黑纳米粒子提供光热性能并使涂层具有微纳粗糙结构,结合PFDTES较低的表面能使涂层获得超疏水性能。制备涂层表面的水滴接触角高达161°,滚动角低至1.4°,呈现优异的超疏水性能,从而使水滴在玻璃表面结冰的时间由30s延迟到160s。涂层中炭黑所提供的光热转换效应使其表面的冰在太阳光照射下能迅速融化,并随自重自动脱落。此外,涂层的自清洁性能可防止表面在户外应用时遭受污染,有利于保护涂层的光热转换性能和长期光热除冰功能。

光热超疏水材料防除冰机理及应用研究进展

液滴的冻结、积聚往往会对生产、生活造成不利影响,降低设备的运行功效,甚至严重危害生命安全。相较于需要借助外力的主动式防除冰技术,超疏水表面优异的拒水性使其能够实现被动式防除冰,且无需消耗外部能量,从而受到广泛关注。在此基础上,光热超疏水表面结合了主动防除冰和被动防除冰两方面的优势,能在结冰过程的各个时期发挥作用。比如,在结冰前促进液滴的自清除,在结冰时升温表面、延缓成核,在结冰后加速融冰、快速除冰,从而实现节能且高效的固体表面防除冰。概述了超疏水表面的润湿特性和防除冰机理,重点介绍了不同种类光热材料的光热转化机理,包括基于分子热振动的碳纳米光热材料,基于纳米粒子等离激元效应的光热材料,以及基于电子−空穴对非辐射弛豫的半导体光热材料。总结了常用的提高光热转化效率的思路方法,并对比了各类光热超疏水表面在结冰、防冰、除冰及光热响应等方面的性能。最后,针对光热超疏水材料在制备和实际应用中可能存在的问题,分析了未来的发展方向与面临的挑战,为光热超疏水材料的进一步发展与应用提供思路。

聚偏氟乙烯/炭黑超疏水复合涂层的制备及其防除冰性能

风电叶片、电缆等表面结冰会严重影响风力发电机的正常运行,研究有效的防冰和除冰技术具有十分重要的应用价值。本文选用聚偏氟乙烯(PVDF)溶液和纳米炭黑颗粒,采用简单的喷涂法在陶瓷片表面制备出兼具超疏水性和光热效应的PVDF/炭黑复合涂层,其表面对水滴的接触角高达165.0°,滚动角低至4.1°。通过静态结冰和光热除冰试验发现,该涂层不仅能有效延缓水滴在陶瓷表面结冰,而且在红外光辐射下表面温度迅速升高,展现出优异的防冰和除冰性能。

炭黑骨胶纳米流体的制备及其光热转换性能

以纳米流体为工作介质的直接光热转换是太阳能利用的重要部分,纳米流体的制备受到众多研究者的关注。炭黑具有化学性质稳定,光谱吸收宽等特点,作为纳米添加颗粒在太阳光吸收与光热转换领域应用广泛。然而,炭黑极易团聚,影响了其在纳米流体中的推广应用。利用环境友好型的骨胶与炭黑通过球磨法制备炭黑骨胶纳米复合材料,提高炭黑在去离子水基液中的分散稳定性。通过扫描电镜(SEM),紫外-可见-近红外分光光度计(UV-vis-NIR)和自组装的光热转换装置等对样品性能进行表征。结果表明,炭黑骨胶纳米流体解决了炭黑易团聚的问题,具备较好的分散稳定性和光热转换性能,质量分数0.006%的炭黑骨胶纳米流体光热转换效率可达94%,较去离子水基液提高了20%。