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纳米材料

纳米材料

蛾眼纳米结构使良好的防糖衣涂料

03 Sep 2020 Isabelledumé.
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冷冻测试。信用:nguyen ba duc

越南的研究人员开发了一种透明的纳米结构,具有防冰的性能,可以保持飞机翅膀和风力涡轮机的物体在冷,潮湿的条件下无冰。由蛾眼睛的结构的启发的材料由涂有单层纳米大小聚苯乙烯珠粒的石英底物组成。然后将集合覆盖有一个平坦的石蜡绝缘层。

在寒冷的日子和高海拔地区,空气中的水蒸气直接变成固体冰,在暴露表面上形成薄涂层。该涂层减少了飞机翼的升力,阻挡了船舶和涡轮机的移动部件,有时会导致严重的机动车辆事故以及诸如电力传输系统的基础设施损坏。

有两种主要方法可以改善这些条件下表面的抗糖霜性质。首先,活跃的方法是使用外部能量源,例如热量来移除冰。第二种被动方法使用物理化学方法来改变表面 - 具有超疏水材料,例如 - 使其排斥水。

Slips:先进的防冰战略

最近,已经出现了一种新的被动策略的新变种:将涂层应用于与冰形成缺陷的液体界面的糖粉上。这种涂层被称为滑湿的液体注入多孔表面(滑动),并且使它们的一种方式是用低表面张力润滑剂覆盖多孔结构,在水中不混溶,抵抗冰处理后的湿度和自我愈合。

虽然研究到迄今为止的Slips产生了一些良好的抗糖化结果,但其中一定都无法永久防止糖化,因为它们的润滑剂层通过蒸发和在去冰期间劣化。物理学家Nguyen Ba Duc 谭子大学 和nguyen thanh binh 泰阮教育大学 通过基于纳米结构的纳米结构创造滑动来避免这种问题,这是模仿蛾眼的结构,这是固有的冰恐惧。

在实验中,BA DUC和THANH BinH使用了等离子体蚀刻工艺将聚苯乙烯纳米珠覆盖在石英基底物上。该方法制造了形状的突起结构,其形状为截短的锥体,其高度为500nm,顶部直径约为70nm,如扫描电子显微镜测量中所示。然后将研究人员将石蜡加入N-己烷溶液中并用混合物涂覆其纳米结构的顶部。作为对照实验,它们还将与裸素底物涂覆相同的石蜡/正己烷涂层涂层。

测量粘附力

接下来,研究人员将它们的样品连接到热电冷却模块中,并将5μl的去离子水液滴放入样品表面上。将系统冷却至-20°C后,它们使用称重传感器来测量粘附到冷冻表面的冰落的强烈程度。它们通过以50μm/ s的速度移动电池来这样做,这缓慢推动冰液侧向侧向直到它完全拆卸。然后可以计算施加在细胞上的力,并且研究人员认为最大的力记录为液滴的粘合强度。

BA DUC和THANH BinH还使用高速摄像头来记录糖化过程,并确定整个水滴冻结固体所花费的时间。另一台摄像机监测到水滴与表面之间的界面的变化。最后,研究人员进行了“冷冻雨”测试,其中它们将冷水液滴喷射(在0.5℃的温度下保持在0℃,-5℃,-10的表面上的5μl至50μl。 °C和-15°C。

纳米结构表面的结果证实了其相对于对照表面的出色的抗结冰性能。研究人员还说,石蜡层的疏水性质证明了静态(水滴)和动态(冻雨)实验中的新结构的关键。

延迟热转印

研究人员选择石蜡作为其涂层材料,因为它是防水性并且导热性低。当石蜡涂覆纳米结构石英底物的顶部时,基板从其环境中分离出来,防止热量转移。被困在纳米结构内的空气口袋也有助于延迟传热,BA DUC和THANH BinH解释,并补充说,这种额外的绝缘也增加了任何附加的水滴的冻结时间。

除了在工业和运输中的防冰应用中,超疏水纳米结构涂覆的石蜡材料可能适用于眼镜等应用,BA DUC说。这是因为它具有高度透明的并且具有反射性的特性,就像蛾眼睛一样。研究人员还报告了该材料是机械稳定的,并且通过加热它可以容易地回收石蜡涂层。

新的防冰结构详述 AIP进步.

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