炭黑/PDMS光熱超疏水涂層的制備及防冰除冰性能

WaterOff

2022-08-10 09:54:29

寫作背景

結冰過程主要是由于過冷液滴與固體表面接觸后，在固液界面發生了快速的熱交換。因此，所選的防冰材料應具有低的固液接觸面積，從而能夠有效降低熱交換速率達到防冰的效果。超疏水材料有著獨特的微納粗糙結構，當水滴接觸其表面時有著極小的固液接觸面積，同時會形成獨特的氣墊結構，降低了熱交換效率，被認為是一種高效的防冰材料。

本文采用簡單并可大規模生產的噴涂方法，首先在不同的基材（玻璃、鋁片、塑料、不銹鋼片）上噴涂環氧樹脂作為黏合劑，然后噴涂炭黑納米粒子、聚二甲基硅氧烷（PDMS）和1H,1H,2H,2H-全氟癸基三乙氧基硅烷（PFDTES）的共混液制備了一種具有優異牢度的光熱超疏水防冰除冰涂層。采用掃描電子顯微鏡對涂層表面形貌進行了檢測，采用接觸角測量儀對其表面潤濕性能進行了檢測，并搭建裝置對涂層的防冰性能和光熱除冰性能進行了評估，通過研究以期為制備多功能防冰除冰材料開辟新的途徑。

摘要：通過在基材表面噴涂環氧樹脂作為黏合劑，然后噴涂炭黑納米粒子、聚二甲基硅氧烷（PDMS）以及十七氟癸基三乙氧基硅烷（PFDTES）的共混液制備了一種炭黑/PDMS光熱超疏水涂層。炭黑納米粒子提供光熱性能并使涂層具有微納粗糙結構，結合PFDTES較低的表面能使涂層獲得超疏水性能。制備涂層表面的水滴接觸角高達161°，滾動角低至1.4°，呈現優異的超疏水性能，從而使水滴在玻璃表面結冰的時間由30 s延遲到160 s。涂層中炭黑所提供的光熱轉換效應使其表面的冰在太陽光照射下能迅速融化，并隨自重自動脫落。此外，涂層的自清潔性能可防止表面在戶外應用時遭受污染，有利于保護涂層的光熱轉換性能和長期光熱除冰功能。

結論

（1）通過簡單可大規模生產的噴涂方法制備出具有優異光熱轉換性能的超疏水涂層，當炭黑納米粒子與PDMS的質量比為2∶1時涂層具有最優的超疏水性能。其表面水滴的接觸角可達161°，滾動角為1.4°。其表面溫度在一個太陽光照強度下快速升高。

（2）所制備的光熱超疏水涂層具有優異的防冰除冰性能。在溫度為–20 ℃，相對濕度為35%±5%的環境下涂層表面水滴的結冰時間得到延長，冰的黏附強度得到下降。同時由于炭黑的光熱效應，在太陽光照射下涂層表面的冰快速融化，并及時滾走，展現出自除冰性能。此外，涂層適用于多種基材的防冰除冰。

（3）超疏水自清潔性能可防止涂層被污染，保障涂層在戶外應用時光熱轉換性能不被影響，從而有利于長期高效的光熱除冰。此外，涂層具有優異的牢度和耐酸、堿、鹽腐蝕和紫外照射穩定性，能夠應用于復雜的戶外場景。