一种防冰/除冰复合材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术属于防冰/除冰技术领域，提供了一种防冰/除冰复合材料及其制备方法和应用。本发明专利技术提供的防冰/除冰复合材料，包括二氧化钛膜和掺杂在所述二氧化钛膜中的碳；所述碳以石墨碳的形式存在；所述碳的掺杂量为30～75wt％。本发明专利技术的防冰/除冰复合材料由于碳的掺杂最终为棕黑色或黑色薄膜，这种颜色的复合材料对可见光、紫外光和红外光有很好的吸收作用，随着光照时间的增加，复合材料表面的温度升高可以使冰/霜融化和防止复合材料表面结冰/霜。即本发明专利技术提供的复合材料具有良好的光热效应，可用于防结冰。复合材料中的碳作为自润滑材料在摩擦过程中被拉出并通过摩擦行为在摩擦界面形成一层润滑膜，从而减少摩擦磨损。损。损。

【技术实现步骤摘要】
一种防冰/除冰复合材料及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及防冰/除冰
，尤其涉及一种防冰/除冰复合材料及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]固体表面的冰堆积会造成严重的损失和事故。目前，常用的防冰/除冰层的材质为二氧化钛，尤其是锐钛矿形式的二氧化钛具有很高的光催化效率，能带隙为3.2eV。然而，上述二氧化钛防冰/除冰涂层在频繁的机械磨损下无法保持除冰/防冰性能。

技术实现思路

[0003]有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种防冰/除冰复合材料及其制备方法和应用。本专利技术提供的防冰/除冰复合材料兼具有优异的除冰/防冰性能和耐磨性。
[0004]为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供以下技术方案：
[0005]本专利技术提供了一种防冰/除冰复合材料，包括二氧化钛膜和掺杂在所述二氧化钛膜中的碳；所述碳以石墨碳的形式存在；所述碳的掺杂量为30～75wt％。
[0006]优选地，所述防冰/除冰复合材料以防冰/除冰复合材料膜的形式沉积在待沉积的基体的表面；所述防冰/除冰复合材料膜的厚度为300nm～4μm。
[0007]本专利技术还提供了上述技术方案所述的防冰/除冰复合材料的制备方法，包括以下步骤：
[0008]将有机钛源、有机碳源和有机溶剂混合，得到源溶液；
[0009]将所述源溶液进行凝胶化，得到凝胶体系；
[0010]利用气凝胶辅助化学气相沉积将所述凝胶体系沉积到待沉积的基体表面，得到所述防冰/除冰复合材料。
[0011]优选地，所述有机钛源包括异丙醇钛、钛酸异丙酯、钛酸乙酯和钛酸四丁酯中的一种或多种；所述有机碳源包括乙酰丙酮和/或甲基丙烯酸甲酯；所述有机溶剂包括吡啶、甲苯、四氢呋喃、三氯甲烷、甲醇和乙酸乙酯中的一种或多种。
[0012]优选地，所述混合的方式为超声；所述超声的功率为50～300W，时间为2～30min。
[0013]优选地，所述源溶液中，有机钛源的质量百分浓度为0.55～11.02％，有机碳源的质量百分浓度为0.193～15.28％。
[0014]优选地，所述凝胶化在超声雾化器中进行；所述超声雾化器的输入功率为10～60W，工作频率为1～2MHz。
[0015]优选地，所述气凝胶辅助化学气相沉积包括以下参数：载气的流量为0.1～2.5L/min，反应的温度为350～750℃，沉积的时间为10～120min，所述载体为氮气。
[0016]优选地，所述凝胶体系在载气的带动下通过层流挡板呈层流状运至反应室。
[0017]本专利技术还提供了上述技术方案所述的防冰/除冰复合材料或上述技术方案所述的制备方法得到的防冰/除冰复合材料在防结冰领域中的应用。
[0018]本专利技术提供了一种防冰/除冰复合材料，包括二氧化钛膜和掺杂在所述二氧化钛膜中的碳；所述碳以石墨碳的形式存在；所述碳的掺杂量为30～75wt％。本专利技术的防冰/除冰复合材料由于碳的掺杂最终为棕黑色或黑色薄膜，这种颜色的复合材料对可见光、紫外光和红外光有很好的吸收作用，随着光照时间的增加，复合材料表面的温度升高可以使冰/霜融化和防止复合材料表面结冰/霜。即本专利技术提供的复合材料具有良好的光热效应，可用于防结冰。复合材料中的碳作为自润滑材料在摩擦过程中被拉出并通过摩擦行为在摩擦界面形成一层润滑膜，从而减少摩擦磨损。
[0019]本专利技术还提供了上述技术方案所述的防冰/除冰复合材料的制备方法，包括以下步骤：将有机钛源、有机碳源和有机溶剂混合，得到源溶液；将所述源溶液进行凝胶化，得到凝胶体系；利用气凝胶辅助化学气相沉积将所述凝胶体系沉积到待沉积的基体表面，得到所述防冰/除冰复合材料。在本专利技术中，气凝胶辅助化学气相沉积的原理为：气凝胶辅助化学气相沉积包括将液体前体溶液(凝胶体系)雾化成细小的微米大小的气凝胶液滴，这些气凝胶液滴分布在整个惰性气体介质中；气凝胶液滴随后被输送到加热的反应区，在相当高的温度下形成前体气态物质，然后前体气态物质在反应室内发生一系列的化学反应后，在加热的基体表面上吸附、沉积、聚集后形成薄膜或涂层，然后将反应得到的副产物排到反应体系之外。本专利技术提供的制备方法采用气凝胶辅助化学气相沉积制备复合材料，所得复合材料质量好；且操作简单、成本低，不需要实验昂贵的仪器设备，易于生产。
附图说明
[0020]图1为气凝胶辅助化学气相沉积装置；
[0021]图2为实施例1所得碳掺杂二氧化钛薄膜的表面扫描电镜照片；
[0022]图3为实施例1所得碳掺杂二氧化钛薄膜的断面扫描电镜照片；
[0023]图4为实施例1所得碳掺杂二氧化钛薄膜的断面X射线能谱图；
[0024]图5为实施例2所得碳掺杂二氧化钛薄膜的表面扫描电镜照片；
[0025]图6为实施例2所得碳掺杂二氧化钛薄膜的断面扫描电镜照片
[0026]图7为实施例2所得碳掺杂二氧化钛薄膜的断面X射线能谱图；
[0027]图8为实施例2所得碳掺杂二氧化钛薄膜的防结冰测试图；
[0028]图9为实施例2所得碳掺杂二氧化钛薄膜和空白玻璃片的摩擦学性能测试图；
[0029]图10为实施例3所得碳掺杂二氧化钛薄膜的表面扫描电镜照片；
[0030]图11为对比例1所得二氧化钛薄膜的摩擦学性能测试图；
[0031]图12为对比例1所得二氧化钛薄膜的防结冰测试图。
具体实施方式
[0032]本专利技术提供了一种防冰/除冰复合材料，包括二氧化钛膜和掺杂在所述二氧化钛膜中的碳；所述碳以石墨碳的形式存在；所述碳的掺杂量为30～75wt％。
[0033]在本专利技术中，所述碳的掺杂量优选为35～70wt％，进一步优选为60～70wt％。
[0034]在本专利技术中，所述防冰/除冰复合材料优选以防冰/除冰复合材料膜的形式沉积在待沉积的基体的表面。在本专利技术中，所述防冰/除冰复合材料膜的厚度优选为300nm～4μm，进一步优选为1μm～3.5μm。在本专利技术中，所述基体的材质优选但不限于玻璃、石英、硅、不锈
钢或陶瓷。
[0035]本专利技术还提供了上述技术方案所述的防冰/除冰复合材料的制备方法，包括以下步骤：
[0036]将有机钛源、有机碳源和有机溶剂混合，得到源溶液；
[0037]将所述源溶液进行凝胶化，得到凝胶体系；
[0038]利用气凝胶辅助化学气相沉积将所述凝胶体系沉积到待沉积的基体表面，得到防冰/除冰复合材料。
[0039]在本专利技术中，如无特殊说明，所用原料均优选为市售产品。
[0040]本专利技术将有机钛源、有机碳源和有机溶剂混合，得到源溶液。
[0041]在本专利技术中，所述有机钛源优选包括异丙醇钛、钛酸异丙酯、钛酸乙酯和钛酸四丁酯中的一种或多种，进一步优选为异丙醇钛。在本专利技术中，所述有机碳源优选包括乙酰丙酮和/或甲基丙烯酸甲酯，进一步优选为乙酰丙酮。在本专利技术中，所述有机溶剂优选包括吡啶、甲苯、四氢呋喃、三氯甲烷、甲醇和乙酸乙酯中的一种或多种，进一步优选为甲苯本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种防冰/除冰复合材料，其特征在于，包括二氧化钛膜和掺杂在所述二氧化钛膜中的碳；所述碳以石墨碳的形式存在；所述碳的掺杂量为30～75wt％。2.根据权利要求1所述的防冰/除冰复合材料，其特征在于，所述防冰/除冰复合材料以防冰/除冰复合材料膜的形式沉积在待沉积的基体的表面；所述防冰/除冰复合材料膜的厚度为300nm～4μm。3.权利要求2所述的防冰/除冰复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将有机钛源、有机碳源和有机溶剂混合，得到源溶液；将所述源溶液进行凝胶化，得到凝胶体系；利用气凝胶辅助化学气相沉积将所述凝胶体系沉积到待沉积的基体表面，得到所述防冰/除冰复合材料。4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述有机钛源包括异丙醇钛、钛酸异丙酯、钛酸乙酯和钛酸四丁酯中的一种或多种；所述有机碳源包括乙酰丙酮和/或甲基丙烯酸甲酯；所述有机溶剂包括吡啶、甲苯、四氢呋喃、三氯甲烷、甲醇和乙酸乙酯中的一种或多种。5.根据权利要求3所述的制...

【专利技术属性】
技术研发人员：张霞，王可丽，王晓波，刘维民，
申请(专利权)人：青岛市资源化学与新材料研究中心中国科学院兰州化学物理研究所青岛研究发展中心，
类型：发明
国别省市：