磁响应仿生多功能涂层的制备及其防覆冰性能

发布时间：2017-09-08 17:31

  本文关键词：磁响应仿生多功能涂层的制备及其防覆冰性能

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【摘要】：输电线路、运输设备、风机叶片等户外设备表面上结冰会给人们的生产生活带来诸多不便,甚至会引起重大的经济损失,构建与制备新型防覆冰涂层材料具有重要意义。近年来研究发现仿生超润湿表面表现出了优异的到防覆冰性能,如仿荷叶效应的超疏水抗结冰涂层材料。考虑到循环结冰和除冰过程中,会破坏表面的结构,从而使其失去防覆冰性能。而Fe3O4粒子具有磁热性能和光热性能,可起到热能除冰的效果。本文将磁性Fe3O4粒子引入到共聚物涂层中,构建出了仿荷叶表面的磁性超疏水防覆冰涂层和仿猪笼草表面的磁性超光滑疏冰涂层。本文首先以氨基硅烷偶联剂修饰表面制备出氨基修饰的Fe3O4粒子(MNP@NH2),然后与带有功能性环氧基团的含氟共聚物交联,制备了以空气填充微纳复合结构的磁性超疏水涂层。通过SEM、AFM、XPS等手段对所制备的涂层表面形貌和化学组成进行了分析,发现含氟基团在涂层表面有明显的富集。随着MNP@NH2含量的增加,表面的粗糙度增加,部分粒子团聚形成具有微纳多尺度结构。所制备的涂层表面水的静态接触角大于1600,滚动角小于40,具有超疏水性能。该涂层延长结冰时间达2878 s,冰与表面的附着力可降至213.7KPa。由于磁性粒子的引入,涂层在高频感应加热器和模拟太阳灯光源下具有明显的热效应可达到快速热能除冰的目的。论文进一步研究了MNP@NH2引入带环氧基的聚乙二醇甲基丙烯酸酯共聚物中,制备磁性两亲性共聚物复合涂层,再将多元醇、油酸、硅油等润滑液体浸润该涂层得到了仿猪笼草表面的磁性超光滑涂层材料。通过SEM和AFM表征证实复合涂层表面具有微纳多尺度复合结构。以多元醇浸润的超光滑表面可延长结霜时间至2700s,降低冰与表面附着力至0.01 N,冰块极易从表面滑落。采用DSC研究水滴在表面上的结晶过程,发现多元醇浸润的表面上可降低液滴的结晶温度至-36.8℃。所制备的磁性超光滑涂层具有优异的抗结冰和疏冰性能。
【关键词】：防覆冰 超疏水 热能除冰 超光滑 磁性
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TB306;O631
【目录】：

• 致谢5-6
• 摘要6-7
• Abstract7-12
• 第1章 前言12-14
• 第2章 文献综述14-42
• 2.1 覆冰的形式14
• 2.2 防覆冰的方式14-16
• 2.2.1 溶液除冰15
• 2.2.2 机械除冰15
• 2.2.3 热能除冰15
• 2.2.4 涂层防冰15-16
• 2.3 防覆冰涂层的作用机理16-24
• 2.3.1 表面润湿理论16-17
• 2.3.2 起疏水涂层17-19
• 2.3.3 亲水涂层19-20
• 2.3.4 超光滑液体浸润多孔涂层20-22
• 2.3.5 其他功能性涂层22-24
• 2.4 防覆冰涂层的制备方法24-38
• 2.4.1 超疏水涂层的制备25-30
• 2.4.2 亲水涂层的制备30-32
• 2.4.3 超光滑液体浸润涂层的制备32-35
• 2.4.4 其他功能性防覆冰涂层的制备35-38
• 2.5 论文研究思路与研究内容38-42
• 2.5.1 磁性超疏水防覆冰涂层的表面构建39-40
• 2.5.2 磁性超光滑型防覆冰涂层研究思路40-41
• 2.5.3 研究方案与研究内容41-42
• 第3章 磁性超疏水防覆冰涂层的制备及其性能研究42-60
• 3.1 前言42
• 3.2 实验部分42-44
• 3.2.1 材料42-43
• 3.2.2 MNP@NH_2的合成43-44
• 3.2.3 P(C_6SMA-r-SMA-r-GMA)的合成44
• 3.2.4 磁性杂化涂层的制备44
• 3.3 表征方法44-46
• 3.3.1 红外光谱表征44
• 3.3.2 表面形貌表征44-45
• 3.3.3 表面X射线光电子能谱(XPS)分析45
• 3.3.4 磁化曲线及磁热性能45
• 3.3.5 涂层表面静态接触角(CA)、前进角(θ_a)、后退角(θ_r)、滚动角以及水滴在涂层表面的结冰时间45
• 3.3.6 冰与表面附着力45-46
• 3.3.7 光热除冰性能46
• 3.4 实验结果与讨论46-59
• 3.4.1 红外谱图46-47
• 3.4.2 MNP@NH_2的粒径分布47-48
• 3.4.3 表面形貌和表面元素组成48-50
• 3.4.4 表面润湿性能50-51
• 3.4.5 动态液滴与表面的附着力51-52
• 3.4.6 饱和磁化强度和磁热性能52-54
• 3.4.7 延长结冰时间54-56
• 3.4.8 冰与表面附着力56
• 3.4.9 表面的光热性能56-57
• 3.4.10 表面除冰性能57-58
• 3.4.11 超疏水性能的持久性58-59
• 3.5 本章小结59-60
• 第4章 磁性自润滑防覆冰涂层的制备及其性能研究60-76
• 4.1 前言60
• 4.2 实验部分60-62
• 4.3 性能表征62-63
• 4.3.1 扫描电子显微镜62
• 4.3.2 原子力显微镜62
• 4.3.3 示差扫描量热法(DSC)测定结晶温度62
• 4.3.4 涂层表面润湿性能静态水接触角62
• 4.3.5 冰与表面附着力及循环结冰除冰中的冰与表面附着力62-63
• 4.3.6 抗结霜性能测试63
• 4.3.7 除冰性能测试63
• 4.4 结果与讨论63-74
• 4.4.1 红外光谱63-65
• 4.4.2 表面形貌65-66
• 4.4.3 表面润湿性能66-67
• 4.4.4 结霜过程67-70
• 4.4.5 冰与表面附着力70-72
• 4.4.6 除冰性能72-73
• 4.4.7 结晶温度73-74
• 4.5 本章小结74-76
• 第5章 总结与展望76-79
• 5.1 论文的主要结论76-77
• 5.2 论文的主要创新点77
• 5.3 论文的不足与展望77-79
• 参考文献79-85
• 作者介绍85
• 硕士期间发表/准备发表的论文85

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