【摘 要】
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飞机结冰对飞机的安全和性能都会造成不利的影响,为解决结冰带来的不利影响,人们开发设计了一系列防冰表面。已有大量研究证明仿生超浸润表面在防覆冰领域具有优异的性能,如仿“荷叶效应”的超疏水涂层和仿“猪笼草”的液体注入式润滑层表面。然而,目前很难有一种防冰材料表面能同时实现低的冰附着强度和长的防冰寿命。基于高效和长效两个原则,本文基于聚膦腈材料优异的化学结构可设计性特点,构建聚膦腈/聚二甲基硅氧烷低表面
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飞机结冰对飞机的安全和性能都会造成不利的影响,为解决结冰带来的不利影响,人们开发设计了一系列防冰表面。已有大量研究证明仿生超浸润表面在防覆冰领域具有优异的性能,如仿“荷叶效应”的超疏水涂层和仿“猪笼草”的液体注入式润滑层表面。然而,目前很难有一种防冰材料表面能同时实现低的冰附着强度和长的防冰寿命。基于高效和长效两个原则,本文基于聚膦腈材料优异的化学结构可设计性特点,构建聚膦腈/聚二甲基硅氧烷低表面能超疏水防冰涂层和相变润滑层低冰黏附表面。本文利用环交联型聚膦腈材料优异的化学结构可设计性特点,采用含氟羟基化合物作为第二共聚单体,与膦腈进行交联缩聚反应,设计并制备了一种含氟聚膦腈(PHC)与聚二甲基硅氧烷(PDMS)聚合物交联的微/纳复合结构的超疏水涂层,并将其应用于防冰领域。通过SEM、FT-IR等手段对所制备的材料表面进行了分析,发现含氟基团(-CF3)在涂层表面聚集使表面具有低表面能特性。随着PHC含量的增加,表面的粗糙度逐渐增加,与PDMS的复合形成微/纳复合结构。表面微/纳米尺度粗糙度和含氟基团(-CF3)的化学成分共同作用构建出超疏水的涂层。PHC/PDMS涂层表面表现出了超疏水性(接触角为164°,滚动角为3.7°),有利于液滴在表面的滚落。该涂层的结冰延迟时间达到1472 s,可以应对多次结冰/除冰循环实验,在湿冷环境(-15℃、相对湿度=70%)下表现出良好的自洁性和抗结冰性。同时由于PDMS与PHC分子间的作用力,该表面对各种损伤表现出优异的机械耐久性。在超疏水防冰涂层的基础上,进一步提出了一种仿猪笼草捕食的相变润滑液防覆冰涂层的构建思路,通过在PHC/PDMS微纳米复合涂层溶胀负载相变润滑液(PCSLIPS),达到超润滑疏冰的目的。凭借相变润滑液十四烷在低温相变的特性,PCSLIPS具有优异的长效性,同时表面在受到界面机械损伤时具有自修复特性。由于PHC/PDMS的链段与烷烃具有较好的亲和作用,可以通过分子间作用力将小分子的相变润滑层锁在涂层表面。十四烷具有适合的冰点,可以有效降低液滴在表面的结晶温度的同时捕获冷凝过程中释放的潜热,有效降低冰在表面的附着力(15 k Pa),所制备的相变润滑层(PCSLIPS)具有优异的防冰和疏冰性能。
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