【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于超疏水防冰领域，涉及一种基于超椭圆拓扑结构的超疏水防冰表面及其制备方法。
技术介绍
1、在低温环境下，表面容易结冰，给航空航天、能源和交通等领域带来安全隐患和能效损失。传统的防冰方法环境友好性差且能耗较高，因此，需要一种制备绿色、低能耗的防冰表面的方法，以减少冰的形成并提高表面的抗冰性能。
2、向自然学习，荷叶、稻叶、蝴蝶翅膀等生物表面具有超疏水现象，其独特的固-气-液接触界面，指导构筑新型防除冰表面。从自然中汲取灵感的仿生超疏水表面防冰是一种被动防冰技术，主要是在防冰区域表面通过使用界面材质降低表面能或构建微纳复合结构等方式，减小液滴撞击在固体表面的接触面积和接触时间来抑制表面结冰，从而实现大幅降低防冰所需能耗，具有极大的工程应用前景。
3、但是，大量的研究结果表明，超疏水表面的低固液接触面积引起高局部应力，导致机械稳定性差，容易受自然气候(日晒、沙尘、风雨)、外力(撞击、摩擦)、结冰-除冰循环等破坏，最终导致超疏水表面失效，防冰效率降低，使机械稳定性成为制约超疏水表面在防冰应用领域的关键瓶颈。因此，需要通过使用超椭圆拓扑微结构保护机械脆弱的纳米疏水结构，提高超疏水表面的机械稳定性，拓展其在航空航天、能源、交通等领域的防冰应用。
技术实现思路
1、针对现有超疏水防冰表面机械坚固性差、耐久性差等问题，本专利技术通过采用基底超椭圆拓扑微结构保护超疏水涂料纳米结构策略，调控有机-无机杂化超疏水涂料的组成和配比，并将其填充到基于超椭圆拓扑的微结构内，
2、本专利技术制备技术方案如下：
3、一种基于超椭圆拓扑结构的超疏水防冰表面，所述超疏水防冰表面包括超椭圆拓扑结构基底(1)和超疏水涂料(2)，所述超椭圆拓扑结构基底(1)的微结构具备保护功能，保护内部超疏水涂料(2)免受冲击损伤或摩擦磨损而失效；所述超疏水涂料(2)具有超疏水性的纳米结构，能够减小固液接触面积、削弱固液热传递，从而延缓结冰、降低冰粘附，具备防冰性能。
4、所述超疏水防冰表面满足以下性能要求：水接触角大于150°，滚动角小于10°；在经受多次摩擦磨损后，其表面仍具有超疏水性；相对于原始基底表面，能够延长结冰时间，降低冰粘附力；在经受多次摩擦磨损后，其表面仍具有防冰性。
5、所述超椭圆拓扑结构基底(1)的材料是塑料、陶瓷、金属、复合材料中的一种，拓扑结构单元是超椭圆形状中的一种，由激光加工制得。超椭圆的形状曲线是其中超椭圆的半直径a，b取值范围是60-500μm，指数参数n取值范围是2-10。相邻超椭圆间距的取值范围为0-100μm。所述超疏水涂料(2)是一种有机-无机杂化材料，有机部分是树脂聚合物的一种，无机部分是纳米颗粒的一种，两者通过有机溶剂共混所得。
6、所述超椭圆拓扑结构基底(1)与超疏水涂料(2)通过浸涂、刮涂或喷涂制得，然后加热固化成型。
7、如上任一所述的超疏水防冰表面的制备方法，包括以下步骤：
8、步骤1，超椭圆拓扑结构基底(1)加工是将基底按设计要求通过激光加工出超椭圆形状；
9、步骤2，超疏水涂料(2)制备是将有机树脂和无机纳米颗粒在有机溶剂中共混，并搅拌均匀；
10、步骤3，将超疏水涂料(2)通过浸涂、刮涂或喷涂的方式涂敷在超椭圆拓扑结构基底(1)的微结构内，然后进行加热固化；
11、步骤4，对制备的超椭圆拓扑结构超疏水防冰表面进行接触角测试，评估其浸润性，若不满足超疏水要求，则迭代步骤2中超疏水涂料(2)的有机-无机杂化配比，提高纳米粒子的质量比。
12、步骤5，对制备的超椭圆拓扑结构超疏水防冰表面进行防冰性能测试，即当表面温度-20℃时，其上10μl过冷液滴的结冰延迟时间，与原始裸露基底比较。
13、步骤6，对制备的超椭圆拓扑结构超疏水防冰表面进行摩擦测试，使用负载500g砝码的砂纸反复摩擦表面50次后，测量表面接触角，是否仍满足超疏水要求；测量表面结冰延迟时间，与原始裸露基底比较。
14、本专利技术所述的基于超椭圆拓扑结构的超疏水防冰表面的有益效果是具备长效的、机械性能坚固的超疏水性和防冰性能，通过利用超椭圆拓扑微结构来保护超疏水纳米结构，解决了超疏水表面机械坚固性差、不耐磨的问题，增强了超疏水表面的长效性和耐久性，具体表现为多次摩擦后仍具有原始表面的超疏水性和防冰性能，可应用于航空航天、能源、交通等领域。
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1.一种基于超椭圆拓扑结构的超疏水防冰表面，其特征在于，所述超疏水防冰表面包括超椭圆拓扑结构基底(1)和超疏水涂料(2)，所述超椭圆拓扑结构基底(1)的微结构具备保护功能，保护内部超疏水涂料(2)免受冲击损伤或摩擦磨损而失效；所述超疏水涂料(2)具有本征超疏水性的纳米结构，能够减小固液接触面积、削弱固液热传递，从而延缓结冰、降低冰粘附，具备防冰性能。
2.根据权利要求1所述的超疏水防冰表面，其特征在于，所述超疏水防冰表面满足以下超疏水的性能要求：水接触角大于150°，滚动角小于10°。
3.根据权利要求1所述的超疏水防冰表面，其特征在于，所述超疏水防冰表面在经受多次摩擦磨损后，其表面仍具有超疏水性。
4.根据权利要求1所述的超疏水防冰表面，其特征在于，所述超疏水防冰表面相对于原始基底表面，能够延长结冰时间，降低冰粘附力。
5.根据权利要求1所述的超疏水防冰表面，其特征在于，所述超疏水防冰表面在经受多次摩擦磨损后，其表面仍具有防冰性。
6.根据权利要求1所述的超疏水防冰表面，其特征在于，所述超椭圆拓扑结构基底(1)的材料是
7.根据权利要求1所述的超疏水防冰表面，其特征在于，所述超疏水涂料(2)是一种有机-无机杂化材料，有机部分是树脂聚合物的一种，无机部分是纳米颗粒的一种，两者通过有机溶剂共混所得；优选地，所述的树脂聚合物为聚二甲基硅氧烷或环氧树脂；优选地，所述的纳米颗粒为纳米二氧化硅或者碳纳米颗粒；优选地，所述的纳米颗粒粒径为1～30nm。
8.根据权利要求1所述的超疏水防冰表面，其特征在于，所述超椭圆拓扑结构基底(1)与超疏水涂料(2)通过浸涂、刮涂或喷涂制得，然后加热固化成型。
9.如权利要求1-8任一项所述的一种超疏水防冰表面的制备方法，包括以下步骤：
...【技术特征摘要】
1.一种基于超椭圆拓扑结构的超疏水防冰表面，其特征在于，所述超疏水防冰表面包括超椭圆拓扑结构基底(1)和超疏水涂料(2)，所述超椭圆拓扑结构基底(1)的微结构具备保护功能，保护内部超疏水涂料(2)免受冲击损伤或摩擦磨损而失效；所述超疏水涂料(2)具有本征超疏水性的纳米结构，能够减小固液接触面积、削弱固液热传递，从而延缓结冰、降低冰粘附，具备防冰性能。
2.根据权利要求1所述的超疏水防冰表面，其特征在于，所述超疏水防冰表面满足以下超疏水的性能要求：水接触角大于150°，滚动角小于10°。
3.根据权利要求1所述的超疏水防冰表面，其特征在于，所述超疏水防冰表面在经受多次摩擦磨损后，其表面仍具有超疏水性。
4.根据权利要求1所述的超疏水防冰表面，其特征在于，所述超疏水防冰表面相对于原始基底表面，能够延长结冰时间，降低冰粘附力。
5.根据权利要求1所述的超疏水防冰表面，其特征在于，...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘克松，张志杰，宁宇震，赵志红，王晓涛，刘洁琳，
申请(专利权)人：天目山实验室，
类型：发明
国别省市：
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