Small:高效防雾和防结冰/防结垢的超滑表面

文摘   科学   2024-09-25 18:19   四川  


湖北大学郭志光教授Small:高效防雾和防结冰/防结垢的超滑表面

引用格式:

Huayang Zhang, Shangzhen Xie, Wenhao Zhang, Fengyi Wang, Zhiguang Guo. Ultraslippery Surface for Efficient Fog Harvesting and Anti-Icing/Fouling[J]. Small, 2024.

传统的滑移液体注入多孔表面(SLIPS)面临着硅油泄漏和粗糙基底结构复杂制造等挑战。因此,开发一种对表面结构具有高度适应性且不易损失的润滑剂是至关重要的;本文提出了一种将油凝胶融合到超疏水表面(SHS)中的温控方法。这种方法的灵感来自猪笼草猪笼草结构的特点,尽管不需要复杂的造孔或纳米线结构。结果表明,这种表面具有优异的捕雾能力,捕雾效率为0.3222 g cm−2 min−1,是激光铝(Al)板(0.1553 g cm−2 min−1)的两倍。此外,该表面表现出显着的防冰性能,显着延长结冰时间的21倍相比,纯铝片,同时保持最小的冰粘附力只有0.16 N。此外,该表面还具有出色的抗污性能,因为受污染的液滴很容易滑落而不会留下残留物。环境友好和简单的制备过程确保其适合大规模工业应用。

1MIOS制备流程图。

2. a)Al表面,b)用激光处理的Al表面,cSHP表面,dSHS表面,e)在横截面处的槽结构的深度、宽度和间距,fSHS表面的CAgMIOSSAFE-SEM图像。

3ab)分别用沸水浴和硅油处理后的铝板的EDS谱。c)四种不同状态下铝片的XRD谱图。dSHPSHSFTIR光谱。eAl片在四种不同状态下的全光谱。f-hSHSC1 sO 1 sSi 2s的裂峰曲线。

4ab)化学耐久性能中CASA的变化;c)pH14的液滴在不同刻度表面停留时间的变化曲线图;d-f)常温长期储存过程中质量、CASA随暴露时间的变化;g)不同刻度样品在模拟恶劣环境下高速旋转过程中质量的变化;hi)不同比例油凝胶注入表面和不同状态下的耐蚀性能的结果。

5. a)样品表面上油凝胶的侧视图。b)油凝胶在MIOS样品表面上的排列示意图。cSHS防冰机构图。dMIOS防冰机理图。

6. 在不同表面上收集雾期间的液滴行为。a)纯铝表面。bSHPcSHSdMIOS

7.比较不同状态下的样品在捕雾、防冰和防污垢方面的性能。a)相同环境下不同表面状态样品的雾捕集效率。B)不同状态样品在相同条件下的结冰延伸时间。c)不同状态样品的冰柱附着力。d)结冰过程中不同状态样品表面液滴形貌的光学图像。e)在抗液体污染测试期间,不同类型的液滴(可乐、橙子、牛奶、黑咖啡,从左到右)在平坦表面、SHPMIOS样品上的行为的光学图像。

总结与展望

综上所述,本论文通过一系列绿色工艺制备了多功能油凝胶浸渍表面(MIOS)。MIOS具有优异的滑动性能,最小滑动角仅为2.40°。结果,MIOS对各种普通液体表现出优异的排斥性,显示出耐液体污染性。同时,MIOS在雾环境中表现出快速聚合和有效的液滴传输,实现了0.3222 g cm−2 min−1的雾捕集效率,是激光铝片的两倍。这种增强的雾收集效率归因于油凝胶的注入,其赋予表面低表面能和高表面张力,促进雾滴的快速扩散和冷凝。此外,MIOS可用于防冰,与纯铝片(24 s)相比,可将结冰时间显著延迟21.5倍,其中MIOS可实现515 s的结冰时间。由于表面存在油凝胶,对冰柱特定尺寸的粘附力仅为0.16NMIOS结构简单,环境友好,在实际应用中具有大规模应用的潜力。


原文链接:http://dx.doi.org/10.1002/smll.202405875

相应的成果以“Ultraslippery Surface for Efficient Fog Harvesting and Anti-Icing/Fouling”为题发表在Small上。文章通讯作者为湖北大学郭志光教授。 

END

图文来源:贾洋洋
责任编辑:贾洋洋
审核:何强、许渊

投稿邮箱:aystar@cafuc.edu.cn

中国民用航空飞行学院何强教授团队依托高高原航空安全验证实验室与四川省全电通航飞行器关键技术工程研究中心等省重平台,主要研究方向为表面防除冰,航空橡胶密封等。欢迎相关文献投稿,交流合作。

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