超疏水铜表面的制备及其抑冰性能研究

通过在铜片表面沉积蜡烛灰涂层成功构建了纳米结构超疏水表面,该表面在室温(23±2)℃下与水滴的接触角为160°,滚动角为1°。研究了超疏水铜表面在低温条件下的抑冰性能,结果表明,在(-40±10)℃时将50μL水滴从5cm的高处滴至普通的铜表面2s开始结冰,而滴至超疏水铜试样(3cm×3cm×0.2mm)表面的水滴可以快速滚动,从滚动直至滚落超疏水铜试样表面所需的时间比水滴开始结冰所需的时间(50s)短,水滴未在超疏水铜试样表面结冰。通过测试冰与材料的黏附力,发现普通铜表面与冰的黏附力是超疏水铜表面与冰的黏附力的4.9倍。此外,在融冰的过程中发现,结冰的水滴在常温下稍微融化,在微风的作用下或稍微倾斜6°就能从超疏水铜表面滑落下来,表明超疏水铜表面比普通铜表面具有更好的抑冰性能。     

超疏水仿生水泥混凝土路面防覆冰技术及效能评价

通过微纳米路表构建与超疏水材料涂覆技术相结合,制备了超疏水仿生水泥混凝土路面模型试件;开展超疏水材料涂覆技术研究,分析总结其制备工艺;采用自行设计的"冰-路"附着强度测试装置进行防覆冰性能测试,同时开展接触角测量试验、路面表面能计算及耐久性试验,综合评价超疏水仿生水泥混凝土路面的疏水、防冰效能。结果表明:超疏水水泥混凝土试件表面冰的残留率为29.9%,是普通试件的1/3左右,间接反映了超疏水路面具有较好的疏冰性能;与普通试件的接触角0°相比,超疏水水泥混凝土试件的接触角为153.5°,达到超疏水状态;表面能计算表明超疏水材料的作用降低了路面表面能,仅为普通水泥路面的3.4%,进一步验证了超疏水水泥混凝土路面可显著降低"冰-路"附着强度;通过模拟轮胎与路面的摩擦作用,接触角依然在90°以上,表明超疏水路面耐久性良好。     

疏水/超疏水船用铝合金表面制备及其耐久性

采用溶胶-凝胶法将SiO2纳米粒子涂覆在抛光和经激光刻蚀的船用铝合金表面,制备疏水/超疏水铝合金表面。利用使试样负载并在砂纸上摩擦滑行的方法测试疏水/超疏水表面的耐久性,结果表明:抛光表面的接触角随SiO2浓度的增高而增大,最大可达150.8°,但表面对水滴具有强黏附力。当摩擦滑行距离达到10m时,接触角小于铝合金表面原始接触角72.3°;激光刻蚀的网格和点阵微结构表面既具有超疏水特性又呈现出低黏附力;且网格表面的接触角更大,最大达155.4°,滚动角更小,最小仅为0.34°。当摩擦滑行距离达到10m时,表面依然疏水,且网格微结构的耐久性更强。     

沥青路面超疏水抗凝冰材料研究进展

超疏水材料作为一种具有特殊表面性质的新型智能仿生材料,因其优良的疏水防冰性能,已广泛应用于航天、电力等领域,但在公路交通领域尚处于探索研究阶段.沥青路面超疏水抗凝冰材料属于主动抑冰融雪技术,能够延缓道路结冰,降低冰层与路面间的黏附力,为冬季沥青路面的疏水防冰提供新思路.目前,沥青路面超疏水材料抗凝冰理论及技术尚不成熟,主要通过加入低表面能材料和提高表面粗糙度两种方式构建超疏水表面,从而缩短液滴与界面接触时间、降低凝固点、延迟结冰时间以及降低冰层与基质表面的粘结力,从而达到疏水防冰的目的.路用超疏水材料主要包括疏水型融雪抑冰材料和抗覆冰超疏水涂层材料两种.沥青路面超疏水涂层承受复杂外界因素的综合作用,其耐磨性、长期疏水防冰性能受到广大研究学者的关注.本文介绍了"冰-路"界面粘结机理;按加载方式将"冰-路"粘结强度测试方法分为直接拉拔法、离心力法、冲击法、间接拉伸法、剪切应力法等.超疏水材料的长效性问题主要表现为机械稳定性和耐磨性应用效果不佳.沥青路面表面结构复杂,影响因素众多,从实际工程应用来看,沥青路面超疏水抗凝冰材料的制备技术、评价方法和工程应用长效性仍需进一步研究.本文归纳了沥青路面超疏水抗凝冰材料的研究进展,分别对超疏水材料抗凝冰理论、沥青路面超疏水材料制备方法、沥青路面超疏水涂层处治技术、超疏水涂层抗凝冰性能测试方法和超疏水材料长效性等方面进行了介绍,分析了沥青路面超疏水抗凝冰材料面临的问题并展望了其前景,以期为制备耐久、环境友好的新型沥青路面超疏水抗凝冰材料提供参考.     

超疏水纸的制备工艺及性能分析

以滤纸为基材,采用相分离法和浸泽提拉法制备超疏水纸。用单因素实验考察丙酮添加量、PP的浓度、浸渍时间、干燥温度对制得超疏水纸疏水性能的影响,用正交试验优化工艺,并分析其表面微观形貌、疏水性和稳定性。结果表明,PP的浓度对其超疏水纸疏水性影响最大,浸泽时间的影响最小,得到超疏水纸的最佳工艺条件为:PP的浓度40mg/mL、丙酮添加量6mL、干燥温度60℃、浸渍时间1min,此条件下制备得到的超疏水纸表面接触角为163.2°,滚动角为2°。经SEM发现表面分布着微纳米铰链结构,其平均粒径约为3μm。通过pH值溶液浸泡试验、水滴冲击试验和摩擦试验发现超疏水纸受pH值溶液的影响较小,且具有一定的稳定性。     

氧化还原法制备超疏水表面及其防覆冰性能

使用化学氧化还原法制备出疏水性能优异的超疏水表面,使用接触角测量仪、扫描电镜对表面浸润性及形貌进行表征分析。制得的铝基体超疏水表面接触角高达163.31°,滚动角小于5°。探究不同反应时间对表面形貌和浸润性的影响,使用自制的结冰监测系统对制备出的超疏水表面的静态和动态水滴防覆冰性能进行探究,并结合一维传热理论和经典成核理论对实验结果进行分析。结果表明,反应80min时表面疏水效果最好,超疏水表面静态水滴延缓结冰时间约是普通样品的5倍,结冰温度也低了3.3℃,动态水滴撞击表面时,超疏水表面始终无积水和覆冰,表现出优异的静态和动态防覆冰性能。     

透明超疏水玻璃表面的制备及性能研究

目的研究透明超疏水玻璃的制备及性能。方法以纳米二氧化硅和无水乙醇为原料制成半透明乳液,然后将乳液喷涂在玻璃表面,再通过接触角测试、透光率测试仪等手段对玻璃表面的性能进行研究。结果在玻璃基材表面构建了与水滴接触角高达158°±2°,滚动角低至1°的透明超疏水表面。当喷涂液中纳米二氧化硅的质量分数为1.5%时,获得的超疏水玻璃表面具有优异的防水性、抗污易清洁性和透明性。结论在玻璃基底上制备透明超疏水表面可以大大提高玻璃表面的防水、防污性,并使玻璃表面更易于清洁,有利于减少玻璃包装材料清洗时的用水量和洗涤剂用量,从而增强玻璃包装材料的生态环保效应。     

超疏水材料防冰研究进展

在结冰条件下,除去飞机表面的冰、霜、雪等污染物,是确保航空安全的基础。传统方法存在能耗大、效率低、环境污染等问题,其应用受到一定的限制。启示于自然界"荷叶效应"的超疏水材料具有微纳米结构和低表面能特性,其在飞机除防冰领域有着广阔的应用前景。综述了超疏水材料防冰研究进展,包括表面疏水、减小冰附着力和提升防冰时间等。超疏水材料要在飞机上应用,除了要构建特殊的微纳米结构和低表面能特性外,还要满足飞机涂料的适航性。     

蜡质超疏水涂层的制备及其防粘附应用

在棕榈蜡/乙酸乙酯悬浊液中超声分散疏水性纳米二氧化硅制备蜡质超疏水涂料,用浸渍提拉法在玻璃片表面制备超疏水涂层。单因素实验考察棕榈蜡在乙酸乙酯中的浓度、疏水性纳米二氧化硅的添加量和干燥方式对疏水性能的影响,分析不同因素情况下的接触角、滚动角和防粘附性能。结果表明棕榈蜡在乙酸乙酯中的浓度为4g/100mL,纳米二氧化硅添加量占棕榈蜡质量的1/2,室温中自然干燥,涂层疏水性效果最佳,此条件下制备的超疏水涂层的接触角为150.60°,滚动角为6°。该涂层适用于不同的基材(如玻璃片、PE膜、BOPP膜的铝塑复合膜)。通过对酸奶粘附性的试验,发现涂层在各种基材表面表现出良好的防粘附性能,酸奶可在其上自由滚动。用热封时间作为指标,测试施加涂层后的热封性能,结果表明,涂层的施加不影响铝塑复合膜等耐高温材料的热封性。     

超疏水涂层防覆冰技术研究进展

覆冰现象时刻威胁着电力系统的安全运行,过去几十年里,研究人员采用各种措施来预防电力设备表面覆冰,但这些措施都无法从根本上解决该问题。超疏水涂层由于具有独特的微纳米结构及低表面能物质,在低温环境下,能够延缓结冰且降低表面的冰附着力。从超疏水涂层的防覆冰机理入手,重点综述国内外超疏水涂层防覆冰的实验研究现状,并将影响防覆冰性能的因素分为环境因素和基底因素,分析当前方案的局限性,同时阐述提高超疏水涂层机械鲁棒性的设计与制备方面的最新进展,最后提出超疏水涂层在电力系统应用中存在的问题以及未来的发展方向。该综述有助于研究人员建立评估超疏水涂层的防覆冰性能的试验规范,并推进超疏水涂层防覆冰技术在电力系统中的应用。