基于烛烟的超疏水光热疏冰表面

ty10086 提交于 周三, 08/25/2021 - 17:16
文章英文标题
Superhydrophobic photothermal icephobic surfaces based on candle soot
正文
积冰为人类社会造成了我们日常生活中的各种问题。冰的预防和清除方面的巨大挑战需要新的有效防冰策略。近来,光热材料因其节能环保的优点,在制造防冰表面方面受到关注。然而,要得到一种价格低廉、易于制造、光热效率高的理想光热材料一直是一个挑战。在这里,我们展示了一种低成本、高效率的超疏水光热表面,独特地基于廉价的常见烛烟。它由三部分组成:蜡烛烟灰、硅壳和聚二甲基硅氧烷( PDMS )刷。蜡烛烟提供了分级的纳米/微结构和光热能力,二氧化硅壳层强化了分级蜡烛烟,接枝的低表面能PDMS刷赋予了表面超疏水特性。在1太阳光照下,表面温度可提高53℃,使环境温度低至-50℃时不形成冰,300 s内也能迅速融化积霜和冰。这种超疏水特性使得融化的水能够立即滑落,留下干净的表面。表面还可以自清洁,通过清除吸收和散布阳光的粉尘和其他污染物,进一步增强其效能。另外,经过氧等离子体处理后,表面能随着太阳光的照射而恢复超疏水。由于其组分材料廉价、简单、生态友好、能源利用率高等特点,所呈现的憎冰表面显示出巨大的潜在和广泛的影响。
文章内容(英文)
Ice accumulation causes various problems in our daily life for human society. The daunting challenges in ice prevention and removal call for novel efficient antiicing strategies. Recently, photothermal materials have gained attention for creating icephobic surfaces owing to their merits of energy conservation and environmental friendliness. However, it is always challenging to get an ideal photothermal material which is cheap, easily fabricating, and highly photothermally efficient. Here, we demonstrate a low-cost, high-efficiency superhydrophobic photothermal surface, uniquely based on inexpensive commonly seen candle soot. It consists of three components: candle soot, silica shell, and polydimethylsiloxane (PDMS) brushes. The candle soot provides hierarchical nano/microstructures and photothermal ability, the silica shell strengthens the hierarchical candle soot, and the grafted low-surface-energy PDMS brushes endow the surface with superhydrophobicity. Upon illumination under 1 sun, the surface temperature can increase by 53 °C, so that no ice can form at an environmental temperature as low as −50 °C and it can also rapidly melt the accumulated frost and ice in 300 s. The superhydrophobicity enables the melted water to slide away immediately, leaving a clean and dry surface. The surface can also self-clean, which further enhances its effectiveness by removing dust and other contaminants which absorb and scatter sunlight. In addition, after oxygen plasma treatment, the surface can restore superhydrophobicity with sunlight illumination. The presented icephobic surface shows great potential and broad impacts owing to its inexpensive component materials, simplicity, ecofriendliness, and high energy efficiency.
来源出处
Journal|[J]Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of AmericaVolume 117, Issue 21. 2020. PP 11240-11246
DOI
https://doi.org/10.1073/pnas.2001972117

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