磁响应柔性复合超疏水光热薄膜用于被动防冰/主动除冰

由 ty10086 提交于 周三, 08/25/2021 - 15:37
文章英文标题
Magnetic responsive and flexible composite superhydrophobic photothermal film for passive anti-icing/active deicing
正文
冰的形成和积累会导致严重的经济损失甚至生命损失。为了防止这些损失，近年来防冰材料得到了迅速的发展。为了应对不同的结冰条件和不同类型的部件，迫切需要开发一种兼具被动防冰和主动除冰功能的表面。然而，迄今为止还没有合适的防冰材料的解决方案，它具有足够的耐久性、低成本和制作简单等优点，在必要时也可以转化为活性除冰。在此，我们展示了一种由聚二甲基硅氧烷( PDMS )、铁粉( Fe )和蜡烛烟( CS )组成的具有磁响应性和柔性的超疏水光热膜( PFe- PCS )，该膜不使用含氟化学物质，通过简单的方法显示了被动防冰和主动除冰的性能。薄膜由两个超疏水层组成，可以在微/纳米结构中捕捉到两个空气层。因此，冻结时间是裸基材的4.7倍。这样设计的表面结构不仅显著延迟了水的冻结时间，而且通过在光热加热过程中保持顶面内的热量，使热损失最小化。积冰在237   s内可立即融化，融化水可迅速滚落。PFe- PCS薄膜可通过磁力作用于包括弯曲衬底在内的复杂形状的衬底。更重要的是，PFe- PCS薄膜在暴露于强酸、碱、盐溶液和液氮中时表现出优异的稳定性。经过320次循环砂纸磨损、3   h水流冲击和循环复冰/除冰后，超疏水和抗冰性能得到了很好的保持，本工作源于被动抗冰和主动除冰的双层表面结构概念。该薄膜具有坚固性和自愈性，可用于各种形状部件的防冰和清除。
文章内容（英文）
The formation and accumulation of ice can lead to severe economic loss or even loss of life. To prevent these losses, there has been rapid development in icephobic materials in recent years. To deal with various icing conditions and different types of components, it is highly desirable to develop a surface that possesses both passive anti-icing and active deicing functions. However, so far there is no suitable solution for anti-icing material with adequate durability, low cost, and simplicity in fabrication that can also be turned into active deicing when necessary. Here, we demonstrate a magnetically responsive and flexible superhydrophobic photothermal film (PFe-PCS) consisting of polydimethylsiloxane (PDMS), iron powder (Fe), and candle soot (CS). The film displayed both passive anti-icing and active deicing performances by a simple approach without using fluorine-containing chemicals. The film consists of two superhydrophobic layers that can trap two air layers in the micro/nano structures. As a result, the freezing time is 4.7 times of that of bare substrate. Such designed surface structure not only displays a significant delay in water freezing time, but also minimizes heat loss by keeping the heat within the top surface during photothermal heating. The accumulated ice can be immediately melted in 237 s and the melted water can be rapidly rolled off. The PFe-PCS film can be applied to substrates with complex shapes including curved substrates via magnetic force. More importantly, the PFe-PCS film displayed excellent stability when exposed to strong acid, base, salt solutions and liquid nitrogen. The superhydrophobicity and anti-icing performances were well retained after 320 cycles sandpaper abrasion, 3 h water flow impact, and cyclic icing/deicing. This work originated the concept of double layered surface structure for both passive anti-icing and active de-icing. The film is robust and self-healing, making it potentially applicable for ice prevention and removal for various shaped components.
来源出处
Journal|[J]Chemical Engineering JournalVolume 427, 2022.
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DOI
https://doi.org/10.1016/J.CEJ.2021.130922

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