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Jiang, Xinghe, et al. "Enhanced anti-icing performance of novel superhydrophobic F-L@KH-SiO2/OTMS coating synergistic preparation with bionic micro-nano structures and modified nanoparticles." Chemical Engineering Journal (2024): 155264.
在低温环境下，地表结冰严重影响设备的运行和安全。利用超疏水材料的被动除冰技术因其环境效益和成本效益而备受关注。本研究提出了一种新型超疏水F-L@KH-SiO2/OTMS涂层，该涂层通过飞秒激光刻蚀铝合金来制造仿生微纳晶格结构。然后，喷涂疏水性环氧涂层作为粘结层，然后使用3-(三甲氧基硅基)甲基丙烯酸丙酯(KH570)改性二氧化硅(SiO2)纳米颗粒、γ-氨基丙基三乙氧基硅烷(KH550)和十八烷基三甲氧基硅烷(OTMS)作为疏水剂对烧蚀铝合金表面进行化学改性。所得涂层表现出优异的超疏水性能，其接触角(CA)为165.92°，滑动角(SA)仅为1.25°。由于改性二氧化硅和交联晶格结构的协同作用，涂层表现出优异的抗粘附和弹跳能力，有效地防止了液滴冻结和结冰。与其他报道的超疏水表面相比，该涂层在-20℃下的冻结延迟时间为730s。这些发现突出了F-L@KH-SiO2/OTMS涂层在高效防冰、除冰和除霜应用方面的潜力。
图1. (a)飞秒激光处理系统;(b)飞秒激光-材料相互作用过程;(c)飞秒激光加工方式。
图2.高效防冰/除冰超疏水涂料的制备原理图。
图3. KH550、OTMS和KH-SiO2改性铝合金表面示意图。
图4. (a)抛光表面和(b)超疏水表面的防冰/除冰示意图。
图5. 不同方法制备铝合金的表面形貌(a)-(c)飞秒激光烧蚀(d)-(f)化学修饰;(g)-(i)飞秒激光与化学修饰的结合。
图6. (a)不同OTMS和KH-SiO2含量比的CA和SA(其中第1 ~ 3组分别对应KH-SiO2:OTMS质量比为10:1、20:1和30:1);(b)不同制备方法得到的表面接触角和滚转角(其中FL为飞秒激光刻蚀，CM为化学改性，FL+CM为飞秒激光与化学改性的结合);(c)液滴在超疏水表面润湿状态的显微照片;(d-f)不同PH的液滴在被涂表面的CA，其中(d) PH=2， (e) PH=7， (f) PH=13;(g)静止状态下不同PH溶液在涂覆表面的显微照片。
图7. 超疏水表面附着力试验。
图8. (a)抛光和超疏水铝合金表面上水滴的冻结过程和(b)冻结延迟时间;(c)本工程与其他工程的防冰能力比较。
综上所述，在这项研究中，通过飞秒激光刻蚀和化学修饰开发了一种新型超疏水F-L@KHSiO2/OTMS涂层。该涂层具有优异的超疏水性能，接触角为165.92°，滑动角为1.25°。其优越的抗粘附和弹跳能力有效地防止了液滴冻结和结冰，在-20℃下的冻结延迟时间为730s，大大超过了其他报道的超疏水表面。将飞秒激光蚀刻微纳米结构与化学修饰纳米颗粒相结合的创新方法增强了涂层在防冰、除冰和除霜应用中的性能。这些发现为开发高效、被动的防冰技术奠定了基础，这些技术可以应用于各种工业设备，从而降低维护成本，提高操作安全性。
相应的成果以“Enhanced anti-icing performance of novel superhydrophobic F-L@KH-SiO2/OTMS coating synergistic preparation with bionic micro-nano structures and modified nanoparticles”为题发表在Chemical Engineering Journal上，文章通讯作者为湖南大学周长江教授和长沙理工大学苏杰。
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