超疏水和超潤(rùn)滑防冰表面的制備技術(shù)概述.pdf

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1、：鄉(xiāng)論壇嘲uM超疏水和超潤(rùn)滑防冰表面的制備技術(shù)概述木徐玉坤1,2，朱寶1’2，孫林峰3，何洋1’2(1．西北工業(yè)大學(xué)空天微納系統(tǒng)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，西安710072；2．西-tk,-="_lk大學(xué)機(jī)電學(xué)院，西安710072；3．西安愛(ài)生技術(shù)集團(tuán)公司，西安710072)[摘要】對(duì)超疏水和超潤(rùn)滑防冰表面的制備方法進(jìn)行了綜述。分析了制備防冰表面的重要意義，重點(diǎn)介紹了化學(xué)涂層、表面微納結(jié)構(gòu)和液體潤(rùn)滑層3種獲得超疏水和超潤(rùn)滑防冰表面方法的研究現(xiàn)狀，并對(duì)防冰表面的發(fā)展進(jìn)行了展望。關(guān)鍵詞：防冰；化學(xué)涂層；表面微納結(jié)構(gòu)；液體潤(rùn)滑層；制備方法DOI

2、：10．16080巧．issnl671-833x．2017．14．044廠一11醇．；苧徐玉坤碩士研究生。主要研究方向?yàn)槌杷砻娴闹苽浼夹g(shù)及其性能研究。?；痦?xiàng)目：國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(51005187)；深圳市基礎(chǔ)研究計(jì)劃(JCYJ2016022917313)；愛(ài)生創(chuàng)新發(fā)展基金項(xiàng)目(ASN—IF2015—3107)。44航空制造技術(shù)·2017年第14期飛機(jī)結(jié)冰是當(dāng)飛行器飛行于溫度處于冰點(diǎn)附近或者更低的大氣中，飛機(jī)各部件(例如機(jī)翼、操縱面和發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣口處)表面發(fā)生結(jié)冰的現(xiàn)象?。它是由云層中的過(guò)冷水滴或過(guò)冷雨碰到飛機(jī)機(jī)體后凍結(jié)形

3、成的，有時(shí)也會(huì)由水蒸氣直接在機(jī)體表面凝華而成【2]。美國(guó)SafetyAdvisor統(tǒng)計(jì)的1990～2000年的數(shù)據(jù)表明，在所有氣象因素引起的飛行事故中，12％是由飛機(jī)結(jié)冰導(dǎo)致的，且其中92％是在飛行過(guò)程中發(fā)生的【3J。飛機(jī)結(jié)冰使飛機(jī)的升力系數(shù)減小，阻力系數(shù)增加，引起各種信號(hào)故障和數(shù)據(jù)失真，對(duì)飛機(jī)操縱性和穩(wěn)定性有很大影響，甚至可能導(dǎo)致飛機(jī)失控，造成飛機(jī)墜毀一J。飛機(jī)的防冰技術(shù)一直是飛機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的重要研究課題。傳統(tǒng)的防／除冰方法，如氣動(dòng)除冰、氣熱防／除冰、電熱防／除冰和液體防／除冰等防／除冰技術(shù)存在不足陋】。氣動(dòng)除冰會(huì)改變飛機(jī)的氣動(dòng)

4、外形；氣熱防／除冰從發(fā)動(dòng)機(jī)引氣會(huì)降低其效率；電熱防，除冰系統(tǒng)裝置復(fù)雜且耗電量大；液體防／除冰有效作用時(shí)間比較短，且會(huì)對(duì)環(huán)境產(chǎn)生影響。綜上，飛機(jī)產(chǎn)業(yè)發(fā)展迫切需要一種環(huán)保、可靠、高效的飛機(jī)防／除冰技術(shù)。近年來(lái)，研究人員發(fā)現(xiàn)超疏水表面(SuperhydrophobicSurfaces，SHS)和超潤(rùn)滑表面(SlipperyLiquid．InfusedPorousSurfaces，SLIPS)或稱滑移液體浸潤(rùn)多孔表面可以延遲結(jié)冰時(shí)間、降低冰的黏附強(qiáng)度、有效減小覆冰量，具有良好的防冰性能，并且具有無(wú)能耗、無(wú)需額外機(jī)構(gòu)、綠色環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)[6-

5、7]。超疏水和超潤(rùn)滑防冰表面可以通過(guò)化學(xué)涂層、表面微納結(jié)構(gòu)以及液體潤(rùn)滑層的方法獲得。化學(xué)涂層目前具有防冰性能的化學(xué)涂層一般指低表面能的材料黏覆在基底表面形成的防護(hù)層，例如含氟材料里含有碳氟鍵，從而使含氟材料具有良好的疏水疏冰特性。近年來(lái)，有研究者在防冰涂料中引人生物體內(nèi)的防凍物質(zhì)，例如抗凍蛋白等獲得了防冰性能優(yōu)異的涂層，這為結(jié)冰問(wèn)題提供了一個(gè)新的解決方案。美國(guó)麻省理工大學(xué)Meuler等[81將21種涂料，包括商業(yè)化的聚合物涂料和低表面能添加劑氟化多面體倍半硅氧烷(FluorodecylPOSS)等，涂覆在光滑的鋼基底表面。試驗(yàn)表

6、明，涂有氟化POSS的鋼表面比光滑的鋼表面，冰的黏附強(qiáng)度降低了4．2倍。Buschhorn等[91將定向碳納米管陣列作為導(dǎo)電聚合物涂層對(duì)飛機(jī)表面進(jìn)行化學(xué)改性，涂層大大提高了其電熱防除冰系統(tǒng)的防除冰效率。冰風(fēng)洞試驗(yàn)表明，在溫度為一20℃，風(fēng)速為55．9m／s的試驗(yàn)條件下，增加涂層的防除冰系統(tǒng)運(yùn)行正常。上海交通大學(xué)丁桂甫等利用相位分離法制備十八烷基三氯硅烷(OTS)超疏水涂層，并驗(yàn)證了其防冰性能。在一15℃的環(huán)境條件下觀察水滴的結(jié)冰過(guò)程，發(fā)現(xiàn)超疏水涂層可以有效延緩結(jié)冰時(shí)間，相對(duì)未涂覆OTS的表面冰黏附力顯著降低110]。美國(guó)弗吉尼亞

7、大學(xué)Davis等?】利用噴鑄聚氨酯、二氧化硅和氟化丙烯酸的方法在鋁表面分別制備納米復(fù)合材料涂層，其表面粗糙度分別為8．7Ixm、2．7Ixm和1．6Ixm。對(duì)比拋光的光滑鋁表面，粗糙表面具有更低的冰黏附力，且粗糙度為2．7Ixm的表面表現(xiàn)最優(yōu)，相對(duì)光滑鋁表面冰黏附力減少了60％。丹麥技術(shù)大學(xué)Chernyy等【121通過(guò)原子轉(zhuǎn)移自由基聚合的方法將聚合電解質(zhì)刷涂層在玻璃表面成形，試驗(yàn)條件下連續(xù)測(cè)量表面冰的黏附力發(fā)現(xiàn)，超親水的聚合電解質(zhì)刷比疏水刷在～10℃具有更好的疏冰性能。韓國(guó)漢陽(yáng)大學(xué)Gwak等”剮將肽作為共軛因子混合在硅藻抗凍蛋白

8、里作為涂層涂覆在鋁表面，表現(xiàn)出良好的防冰性能，另外在涂料里混合海藻糖分子可以在不影響其性能的基礎(chǔ)上大大增強(qiáng)防冰性能。加拿大魁北克大學(xué)的Brassard等【141利用電化學(xué)沉積方法將鋅鍍?cè)阡摶妆砻?，然后涂覆一層超薄的硅酮橡膠獲得接觸角為155。的超疏水表面。在人