一种基于模量图案化的自驱动防冰材料及其制备方法技术

本公开提供一种自驱动防冰材料，其具有由至少两种不同模量的材料交错形成的图案，不同模量的材料之间的界面处形成模量跨度。本公开还提供自驱动防冰材料的制备方法。本公开的自驱动防冰材料可在冰重力作用或风力作用下零耗能去除冰积物，防冰性能持久稳定，可灵活适应不同应用场景的需求。应不同应用场景的需求。应不同应用场景的需求。

【技术实现步骤摘要】
一种基于模量图案化的自驱动防冰材料及其制备方法


[0001]本专利技术涉及功能材料表面
，进一步涉及一种基于模量图案组合方式制得的一种超持久性自驱动防冰材料。

技术介绍

[0002]冰的沉积在很大范围的商业和居民活动中都会带来不便以及潜在危险。传统的除冰方式通常效率较低、成本较高且耗能较大、甚至会造成环境污染。因此防冰材料引起了广大科研工作者的强烈的研究兴趣，推动了防冰材料的快速发展。然而，对于航空器、高空建筑、高压电线等领域，因需除冰的范围较大，或涉及高空作业等操作上的困难，普通的防冰/疏冰(anti-icing/icephobic materials)材料并不能满足需求。迫切需要一种能够持久高效地防止和/或易于去除大面积冰沉积物的防冰材料。
[0003]目前，制备防冰材料的方案大致可以分为三种原理：延迟冰的形成；以润滑层降低冰黏附力；通过增塑剂降低界面韧性。然而，延迟冰的形成并不能从根本上解决防冰的问题；而无论是消耗型还是自供给型的含水/有机溶液润滑层，目前还存在着润滑层损耗、有效防冰温度窗口有限、被灰尘等黏附污染而表面失效等问题。

技术实现思路

[0004]专利技术要解决的问题
[0005]有鉴于现有的防冰材料存在的防冰性能不足、防冰效果不持久等不足，本专利技术提供一种基于模量图案化的自驱动防冰材料及其制备方法，以解决现有技术一方面或多方面的问题。
[0006]用于解决问题的方案
[0007]为实现上述目的，本公开提供一种自驱动防冰材料，所述自驱动防冰材料具有由至少两种不同模量的材料交错形成的图案，不同模量的材料之间的界面处形成模量跨度。
[0008]在本公开进一步的方案提供的自驱动防冰材料中，所述图案是由第一模量材料和第二模量材料循环交替形成的图案；或所述图案是由第一模量材料的颗粒分散在第二模量材料中形成的图案；其中，所述第一模量材料的弹性模量和所述第二模量材料的弹性模量不相等。
[0009]在本公开进一步的方案提供的自驱动防冰材料中，所述图案的尺度为1000纳米-0.1厘米。
[0010]在本公开进一步的方案提供的自驱动防冰材料中，所述第一模量材料的弹性模量和所述第二模量材料的弹性模量的差值为0.04MPa-3GPa。
[0011]本公开还提供一种自驱动防冰材料的制备方法，包括以下步骤：
[0012]步骤1：根据设计的图案制作模具，所述模具被可拆卸的分隔挡板分隔为多个板块；
[0013]步骤2：将所述第一模量材料的前驱体和所述第二模量材料的前驱体分别注入模
具的各板块中，将所述第一模量材料的前驱体固化，然后拆除所述分隔挡板，将所述第二模量材料的前驱体固化。
[0014]本公开还提供另一种自驱动防冰材料的制备方法，包括以下步骤：
[0015]步骤1：根据设计的图案制作带有凹凸图案的模板；
[0016]步骤2：以所述第一模量材料反向复制所述模板上的凹凸图案，脱模，得到第一类模块；
[0017]步骤3：向所述第一类模块上覆盖挡板，向所述挡板与所述第一类模块之间的间隙填充所述第二模量材料的前驱体，固化，形成第二类模块。
[0018]本公开还提供另一种自驱动防冰材料的制备方法，包括以下步骤：
[0019]步骤1：根据设计的图案制作具有相互交替的暴露部分和非暴露部分的光掩模板；
[0020]步骤2：将自驱动防冰材料的前驱体注入模具中，光固化至第一目标模量，然后覆盖所述光掩模版，将光掩模板暴露部分之下的自驱动防冰材料的前驱体进一步固化至第二目标模量，从而形成第一模量材料和第二模量材料循环交替的图案。
[0021]本公开还提供另一种自驱动防冰材料的制备方法，包括以下步骤：
[0022]步骤1：将所述第一模量材料的颗粒分散在第二模量材料的前驱体中，将分散物注入模具中；
[0023]步骤2：将所述分散物固化，得到由第一模量材料的颗粒分散在第二模量材料中形成的图案。
[0024]专利技术的效果
[0025]综上所述，本专利技术具备以下优点：
[0026]1、本专利技术的模量图案化自驱动防冰材料可在冰重力作用或风力作用下，零耗能去除冰积物；
[0027]2、本专利技术的模量图案化自驱动防冰材料基于其体性质而具有超常持久性，防冰性能稳定；
[0028]3、本专利技术的模量图案化自驱动防冰材料具有多种可调控因素，可灵活地适应不同应用场景的需求；
[0029]4、本专利技术的自驱动防冰材料制备方法简单，可选择的原料范围广泛，有利于大规模生产。
附图说明
[0030]参考以下附图，根据一个或多个不同实施例对本公开进行详细描述。提供的附图是为了便于理解本公开，而不应认为是对本公开的广度、范围、尺寸或适用性的限制。为了便于说明，附图不一定按比例绘制。
[0031]图1A、1B为本公开的一种示例性的模量图案化自驱动防冰材料的制备方法示意图。
[0032]图2为本公开的另一种示例性的模量图案化自驱动防冰材料的制备方法示意图。
[0033]图3为本公开的另一种示例性的模量图案化自驱动防冰材料的制备方法示意图。
[0034]图4为本公开的另一种示例性的模量图案化自驱动防冰材料的制备方法示意图。
[0035]图5为测试冰黏附力的实验装置图以及冰脱附的情况。
[0036]图6为实施例8中各样品在冰黏附强度测试实验中的测试结果。
[0037]图7为实施例9中各样品50次重复除冰实验的冰黏附度强度统计图。
具体实施方式
[0038]自驱动防冰材料的基本结构
[0039]本专利技术提供的自驱动防冰材料具有由至少两种不同模量的材料交错形成的图案。不同模量材料之间的界面处形成模量跨度，材料界面韧性出现断裂式跨越，导致应力局部集中，加速了冰与基底之间的裂纹传播，有效降低了冰与基底之间的冰黏附力，最终导致冰在重力或是风力的作用下自然脱离表面。另外，由于模量图案化是材料基底自身的体性质而非表面性质，这使得本专利技术的自驱动防冰材料的防冰性能非常持久稳定。
[0040]模量图案的尺度可以从纳米级到厘米级，例如1000纳米-0.1厘米。就图案的具体形式而言，图案的样式没有特别限制，只要不同模量的材料之间形成具有模量跨度的界面即可，例如：可以是不同模量的材料交替形成条带、方格、放射状板块等形式，可以是一种材料的颗粒分散在模量不同的另一种材料中的形式，也可选择其他图案形式。根据实际需求，可以对图案的形状、大小、模量跨度界线的形状(即施加推力方向与界线的角度，例如0
°-
90
°
)、不同材料的模量跨度(例如0.04MPa-3GPa)等因素进行调整。
[0041]自驱动防冰材料的制备方法
[0042]本专利技术的自驱动防冰材料可通过多种方法制成，可根据模量图案的尺度、形状、原材料的性质等因素选择具体方法。以下以PDMS(聚二甲基硅氧烷)为基础材料为例，给出几种可选的方法。以本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种自驱动防冰材料，其特征在于，所述自驱动防冰材料具有由至少两种不同模量的材料交错形成的图案，不同模量的材料之间的界面处形成模量跨度。2.根据权利要求1所述的自驱动防冰材料，其特征在于：所述图案是由第一模量材料和第二模量材料循环交替形成的图案；或所述图案是由第一模量材料的颗粒分散在第二模量材料中形成的图案；其中，所述第一模量材料的弹性模量和所述第二模量材料的弹性模量不相等。3.根据权利要求2所述的自驱动防冰材料，其特征在于，所述图案的尺度为1000纳米-0.1厘米。4.根据权利要求2或3所述的自驱动防冰材料，其特征在于，所述第一模量材料的弹性模量和所述第二模量材料的弹性模量的差值为0.04MPa-3GPa。5.根据权利要求2-4任一项所述的自驱动防冰材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：根据设计的图案制作模具，所述模具被可拆卸的分隔挡板分隔为多个板块；步骤2：将所述第一模量材料的前驱体和所述第二模量材料的前驱体分别注入模具的各板块中，将所述第一模量材料的前驱体固化，然后拆除所述分隔挡板，将所述第二模量材料的前驱体固化。6.根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：邓旭，杨邱程，王德辉，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：