一种兼具光热、电热性能的抗冰涂层及其制备方法和应用技术

本申请提出一种兼具光热、电热性能的抗冰涂层及其制备方法和应用，其中抗冰涂层的制备方法包括：采用第一导电有机单体对可膨胀石墨进行修饰，随后进行第一分散，获得胶体液体；以胶体液体为电解液，对多孔模板进行电镀，之后刻蚀去除多孔模板，获得导电网络；采用第二导电有机单体对可膨胀微球进行修饰，随后于高温固化树脂中进行第二分散，获得分散液；将导电网络置于基材表面，并将分散液分布于导电网格和基材上，随后依次加热膨胀、加热收缩、冷却，获得三维多孔涂层；将油性液体分布于三维多孔涂层表面及内部，获得抗冰涂层。本申请的抗冰涂层的制备方法，可获得具有优异光热、电热性能的三维多孔亲油抗冰涂层。能的三维多孔亲油抗冰涂层。能的三维多孔亲油抗冰涂层。

【技术实现步骤摘要】
一种兼具光热、电热性能的抗冰涂层及其制备方法和应用


[0001]本申请涉及功能材料
，尤其涉及一种兼具光热、电热性能的抗冰涂层及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]在诸如航空、电力运输、通信、地面运输等各个领域，结冰对包括交通系统、电信系统、能源系统在内的工业设施均有非常不利的影响，往往会造成灾难性的安全问题和巨大的经济损失。
[0003]目前的防冰/除冰策略主要包括主动式和被动式两种方向，主动式除冰主要包括应用传统的化学药剂(融冰剂)、热力(蒸汽加热和电热融冰)、机械力(机械振动)等方法实现的主动融冰和除冰，然而这种主动式的除冰策略往往伴随着较高的成本以及复杂的系统设计，并且许多手段被认为是不环保的。
[0004]在此基础上，过去的十年中，零能耗的被动式防/除冰材料和表面受到了极大关注。通过各种手段构建能够实现排斥水滴、抑制结冰、降低冰粘附的材料及表面实现防止结冰。这些手段主要包括以下三种方式：
[0005](1)超疏水结构或涂层；结合结冰过程中各个阶段，过冷液滴首先湿润固体表面，然后迅速冻结成冰在这种情况下，超疏水表面可以被称为一种理想的抗冰表面：一方面，其可以通过简单倾斜表面、液滴弹跳离开表面等手段移走过冷液滴，降低其在表面成核的概率；另一方面，涂层表面与过冷液滴之间的传热明显受到抑制，从而降低了冻结温度，延缓了结冰时间。然而，目前的超疏水涂层大多是脆性的，且由于低表面能材料的附着力比较低，易受到剥落、磨损、动态冲击等各种机械损伤，并且制备工艺一般较为复杂，不能满足工业应用的严格要求。
[0006](2)利用吸湿性聚合物制备极易水化的疏冰涂层和水凝胶。其含水润滑层可以显著降低冰的黏附度，从而抑制风作用下的冰积累。但这种涂层或者凝胶制备过程相对复杂、且在潮湿或其他极端气候下极易损坏。
[0007](3)光滑的液体注入多孔表面。如研究人员模仿陆生植物(如猪笼草)光滑的叶子，开发了一系列注入润滑油的光滑多孔表面和蜡质有机凝胶，这些材料能够大幅降低冰的附着力，从而可以很容易地通过重力或气流将附着的冰分离。然而这种方式面临注入的润滑油成本昂贵、容易因机械磨损或多次结冰/除冰循环而损坏以及需要经常进行维修补油等弊端在实际应用中受到限制。

技术实现思路

[0008]本专利技术旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。
[0009]为此，本申请的一个目的在于提供一种兼具光热、电热性能的抗冰涂层的制备方法，该方法基于线性聚第一导电有机单体修饰的可膨胀石墨制备的导电网络与线性聚第二导电有机单体修饰的可膨胀微球的协同耦合，可获得具有优异光热、电热性能的三维多孔
亲油抗冰涂层。
[0010]本申请的另一个目的在于提供一种抗冰涂层。
[0011]本申请的又一个目的在于提供抗冰涂层的应用。
[0012]为达到上述目的，本申请第一方面实施例提供了一种兼具光热、电热性能的抗冰涂层的制备方法，包括：
[0013]采用第一导电有机单体对可膨胀石墨进行修饰，随后进行第一分散，获得胶体液体；
[0014]以所述胶体液体为电解液，对多孔模板进行电镀，之后刻蚀去除多孔模板，获得导电网络；
[0015]采用第二导电有机单体对可膨胀微球进行修饰，随后于高温固化树脂中进行第二分散，获得分散液；
[0016]将所述导电网络置于基材表面，并将所述分散液分布于所述导电网格和基材上，随后依次加热膨胀、加热收缩、冷却，获得三维多孔涂层；
[0017]将油性液体分布于所述三维多孔涂层表面和内部，获得所述抗冰涂层。
[0018]为达到上述目的，本申请第二方面实施例提供了一种抗冰涂层，该抗冰涂层采用本申请实施例的制备方法制备。
[0019]为达到上述目的，本申请第三方面实施例涉及所述的抗冰涂层在电力、交通、通讯或航空领域的应用。
[0020]本申请实施例的抗冰涂层的制备方法，至少可以带来以下有益效果：
[0021]本申请实施例的抗冰涂层的制备方法，基于线性聚第一导电有机单体修饰的可膨胀石墨制备的导电网络与线性聚第二导电有机单体修饰的可膨胀微球的协同耦合，可获得具有优异光热、电热性能的三维多孔亲油抗冰涂层。该方法主要通过主被动结合方式，即具有光热效应线性聚第二导电有机单体修饰的可膨胀微球的光热转化、线性聚第一导电有机单体修饰的可膨胀石墨制成导电网络的电热效应与涂层本身多孔亲油性进而导致的低冰粘附特性的结合，可以实现在一般常用基材表面(如AL、GCr15、不锈钢、玻璃钢等)的制备，电热、光热效应可以通过调控表面的温度变化结合涂层本身制备过程产生的油膜可以在很大程度上降低表面的冰粘附强度并且延缓结冰时间，同时由于三维多孔结构和本身高温固化树脂对选用油的高亲和性可以实现对油的长时间储存，极大提升涂层低冰粘附性能的鲁棒性。
[0022]本申请实施例的抗冰涂层、抗冰涂层的应用，均至少具有本申请实施例的抗冰涂层的制备方法的有益效果。
[0023]本申请附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本申请的实践了解到。
附图说明
[0024]本申请上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
[0025]图1为本申请一示例性实施例示出的抗冰涂层的制备方法流程图。
[0026]图2为实施例1中可膨胀石墨(鳞片石墨)膨胀成为蠕虫状石墨线的实物对比图，其
中：a为可膨胀石墨(鳞片石墨)实物图，b为蠕虫状石墨线实物图。
[0027]图3为实施例1中线性Ppy修饰蠕虫状多孔石墨线L
‑
Ppy
‑
EG的实物图。
[0028]图4为实施例1中线性聚吡咯修饰石墨线导电网络不同角度的实物对比图，其中：c为正视角度的实物图，d为侧视角度的实物图。
[0029]图5为实施例1中线性聚吡咯修饰石墨线导电网络电阻测试值。
[0030]图6为实施例1中线性聚吡咯修饰的可膨胀微球L
‑
Ppy
‑
EM实物及不同比例尺时的扫描电子显微镜(SEM)测试图，其中：e为L
‑
Ppy
‑
EM实物图，f为20μm比例尺时的扫描电子显微镜(SEM)测试图，g为20μm比例尺时的扫描电子显微镜(SEM)测试图，h为2μm比例尺时的扫描电子显微镜(SEM)测试图。
[0031]图7为实施例1中导电三维多孔涂层的实物图及表征截面多孔结构的扫描电子显微镜图，其中：i为导电三维多孔涂层的实物图，j为300μm比例尺时的截面多孔图，k为300μm比例尺时的截面多孔图。
[0032]图8为实施例1中抗冰涂层的电热性能表征对比图。
[0033]图9为自制冰粘附力测试设备示意图。
[0034]图10为实施例1制备的抗冰涂层的冰粘附强度对比图。
[0035]图11为实施例2制备的抗冰涂层的冰粘附强度对比本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种兼具光热、电热性能的抗冰涂层的制备方法，其特征在于，包括：采用第一导电有机单体对可膨胀石墨进行修饰，随后进行第一分散，获得胶体液体；以所述胶体液体为电解液，对多孔模板进行电镀，之后刻蚀去除多孔模板，获得导电网络；采用第二导电有机单体对可膨胀微球进行修饰，随后于高温固化树脂中进行第二分散，获得分散液；将所述导电网络置于基材表面，并将所述分散液分布于所述导电网格和基材上，随后依次加热膨胀、加热收缩、冷却，获得三维多孔涂层；将油性液体分布于所述三维多孔涂层表面及内部，获得所述抗冰涂层。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述第一导电有机单体和所述第二导电有机单体均包括吡咯、苯乙炔、苯胺中的至少一种；和/或，所述可膨胀微球为壳核结构，核为碳氢化合物，壳为丙烯腈类共聚物；和/或，所述高温固化树脂包括聚二甲基硅氧烷、无定型含氟聚合物、聚四氟乙烯、聚三氟氯乙烯中的至少一种；和/或，所述多孔模板包括泡沫镍、泡沫铜、泡沫铝中的至少一种；和/或，所述油性液体包括硅油、全氟聚醚油中的至少一种。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，采用第一导电有机单体对可膨胀石墨进行修饰的方法，包括：将可膨胀石墨进行第一膨胀，获得蠕虫状多孔石墨线；将所述蠕虫状多孔石墨线第三分散于含有第一模板剂的第一酸性溶液中，随后进行第一降温，加入所述第一导电有机单体，获得溶液A；将第一促进剂加入第二酸性溶液中，获得溶液B；将溶液A和溶液B进行第一聚合反应，获得线性聚合第一导电有机单体修饰的蠕虫状多孔石墨线。4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述第一膨胀的温度为300
‑
400℃；和/或，所述蠕虫状多孔石墨线与所述第一导电有机单体的用量关系为：每100μl所述第一导电有机单体对应500
‑
700mg的所述蠕虫状多孔石墨线；和/或，所述第一模板剂包括十六烷基三甲基溴化铵、十六烷基三甲基氯化铵、十六烷基三甲基硫酸铵中的至少一种；和/或，所述第一酸性溶液和所述第二酸性溶液均包括盐酸、氢氟酸、硝酸中的至少一种；和/或，所述第一降温后的温度为(
‑
4)
‑
2℃；和/或，所述第一促进剂包括过硫酸铵、过硫酸钾、过氧化苯甲酰中的至少一种；和/或，所述第一聚合反应的温度为(
‑
4)
‑
2℃，所述第一聚合反应的时间为10
‑
14h。5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，采用第二导电有机单体对可膨胀微球进行修饰的方法，包括：将所述可膨胀微球第四分散于含有第二模板剂的第三酸性溶液中，随后进行第二降温，加入所述第二导电有机单体，获得溶液C；将第二促进剂加入第四酸性溶液中，获得溶液D；
将溶液C和溶液D进行第二聚合反应，获得线性聚合第二导电有机单体修饰的可膨胀微球。6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述可膨胀微球与所述第二导电有机单体的用量关系为：每100μl所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：李津津，张瑞，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：