超浸润表面的制备及其防覆冰性能与机理的研究

发布时间：2020-05-22 05:51

【摘要】：低温高湿环境下,覆冰现象的发生会对飞机等运输设备、输电线路、风电叶片等造成严重破坏,并造成重大的生命和财产损失。研究发现,具有超浸润的表面在防覆冰方面具有优异的表现,如超疏水涂层由于具有较低的表面能和特殊粗糙结构,可减小冰与表面附着力,液滴或冰易于从表面滑落,从而达到防覆冰的效果,因此超浸润表面被认为是最理想的防覆冰涂层。但对于不同表面化学组成和粗糙结构的超浸润表面的防覆冰机理,以及水滴在不同超浸润表面的结晶成核过程方面的认识尚不明确。为此本文构建了不同的超浸润表面,探究表面结雾、结冰过程,开展对超浸润表面的防覆冰性能的研究,揭示超亲水与超疏水表面的防覆冰机理及其差异。本文首先利用改性树枝状聚酰胺胺(PAMAM)和Si02纳米粒子合成超亲水表面,同时利用甲基丙烯酸短碳链全氟酯(C6SA)复合纳米粒子合成超疏水表面,并对两种表面进行润湿性能、表面形貌及粗糙度的表征,对超亲水和超疏水表面特性进行对比分析。超亲水/超疏水表面涂层的静态接触角分别达到9.8°和150.9°,且表面具有复杂的微纳结构,这种粗糙结构有利于增强表面的本征浸润性。通过对超浸润表面的防覆冰性能进行系统研究,包括对超浸润表面在不同温度和湿度下的防结雾性能、防结冰性能做了对比和分析,考察表面浸润性与粗糙度对延迟结冰时间、冰表面粘附力的影响,总结了超亲水与超疏水表面在防结雾性能、防结冰性能上的差异,结果表明超浸润表面相对于普通表面都具有较好的防结雾性能,但相对超亲水表面,超疏水表面的延迟结冰时间更长(-10℃时可达163s),冰表面粘附力更小(-10℃时相差约10倍),具有更优异的防覆冰性能。本文还探究了超浸润表面的防覆冰机理,利用液滴冷凝机理和冰晶成核理论进行分析,从浸润性和粗糙度的角度解释了超疏水表面具有较好防结雾、防结冰性能的原因,并对冰表面粘附力的形成机理进行了讨论,提出了超亲水、超疏水表面冰粘附力较大差异的原因,并利用FLUENT模拟的方法,研究了液滴在超浸润表面的铺展特性,为后续设计更优异的超浸润防覆冰表面提供了理论支持。
【图文】：

极佳的自清洁性和疏液性，兼具低附着力和杀菌的性能，对大肠杆菌（Ｅ．ｃｏｌｉ）和金黄色葡逡逑萄球菌（Ｓ．邋ａｕｒｅｕｓ）的杀菌率可达９９％，，可抑制微生物在上面附着和生长，在医疗器械、逡逑海洋防污领域等具有广泛的应用前景，如图２．７所示。逡逑：Ｖ：，＇逦．１，：－逡逑：：－邋ｔｔｌｆ邋ｓ逡逑图２＿７海洋柂污涂层的自清洁锉能（左上）、抗

本文编号：2675540