论文部分内容阅读
航空航天、高铁道路、风力发电以及输电通信等设备在寒冷的天气下极易结冰,造成不同程度的危害,甚至引起严重的经济损失,故开发有效可行的防冰、除冰技术具有重要意义。具有特殊表面润湿性的超疏水涂层在防除冰领域备受关注,但因低温高湿的环境会使疏水特性受到威胁,最终导致表面结冰。因此,基于超疏水表面制备一种兼具防冰和除冰效果的涂层十分必要。花状ZnO作为一种特殊的三维结构材料,含有许多“花瓣”结构,具有显著的粗糙度,可应用于超疏水涂层的构筑。而CuS在近红外区域(700～1100 nm)具有极强的吸收,可实现光热转换,达到光热除冰的效果。基于此,本研究采用沉淀法制备花状ZnO、花状ZnO@CuS,考察反应条件对其形貌的影响。然后以聚二甲基硅氧烷(PDMS)为低表面能物质,环氧树脂(ER)为粘合剂,分别以花状ZnO和花状ZnO@CuS为无机填料,制备超疏水涂层。以复合涂层的疏水性能、耐磨性能为考察指标,优化花状ZnO、花状ZnO@CuS及其复合涂层的制备工艺。最后,对所获得超疏水涂层的耐环境稳定性、防污性能及防除冰性能进行研究。具体研究结果如下:(1)采用沉淀法成功制备了由ZnO纳米片组装而成的花状ZnO,粒径为4～5μm。当锌源种类为二水合乙酸锌、柠檬酸钠浓度为0.24 mol/L,NaOH浓度为0.7 mol/L时,所制备花状ZnO有助于促进涂层微纳粗糙结构的形成。当ER与花状ZnO质量比为5:13,PDMS与花状ZnO质量比为0.075:1时,所获得ER/花状ZnO/PDMS复合涂层的水接触角为161.3 ± 2.3°,滑动角为0.8±0.1°,且经40次磨擦后仍具有超疏水特性。同时,该超疏水复合涂层具有较为优异的耐环境稳定性及防污性能,可在-10℃以下延缓水滴静态结冰时间至15 min,呈现优异的动态防冰性能,但光热融冰时间未被缩短反而被延长。(2)以花状ZnO为模板,采用沉淀法成功制备了花状ZnO@CuS,直径约为5～6 μm。当以CuC12·2H2O为铜源、Na2S·9H2O为硫源且其用量为0.05 mol/L时,所制备花状ZnO@CuS形貌规整且可提升涂层的粗糙度。当ER与花状ZnO@CuS质量比为5:15,PDMS与花状ZnO@CuS质量比为0.1:1时,所获得ER/花状ZnO@CuS/PDMS复合涂层的水接触角为163.5±1.9°,滑动角为3.1±0.2°,且经40次磨擦后仍具有超疏水特性。与ER/花状ZnO/PDMS复合涂层相比,该超疏水复合涂层可在-10℃以下延缓静态结冰时间至13 min;由于花状ZnO@CuS的光热作用,涂层表面上冰珠的融冰时间明显缩短至2.4 min。同时,该复合涂层具有较为优异的动态防冰性能,耐环境稳定性与防污性能。