引入自愈彈性體提高疏冰表面機械耐久性

主要內容

積冰給人類日常生活帶來不便,於電力傳輸、通信領域甚至造成嚴重後果。為解決這一難題,目前已有研究者開發出冰粘附強度低於100 kPa的疏冰表面,但是延長現有技術的疏冰壽命仍然是一個亟待解決的關鍵問題。

挪威科技大學Jianying He及Zhiliang Zhang等人設計了一種機械耐久的疏冰材料,其設計思路是將互穿聚合物網絡(IPN)集成到自主自修復彈性體中以提高機械耐久性;分別測試了該材料的分子結構,表面形貌,力學性能和耐久性;考察了自修復憎冰材料的蠕變行為;值得注意的是,這種材料在超低冰粘合強度6.0±0.9 kPa的防冰應用中表現出巨大潛力,超越了許多其他的憎冰表面,其表現出非凡的耐久性,在50次結冰/除冰循環後仍保持非常低的〜12.2kPa長期冰附著強度;最重要的是,該材料能夠在足夠短的時間內表現出機械損傷的自愈性能,這在實際應用中對於延長憎冰壽命是非常必要的。

圖文賞析

引入自愈彈性體提高疏冰表面機械耐久性

圖1.由Fe-Py-PDMS和Sylgard 184組成的自修復IPN彈性體的設計方案.Sylgard 184通過共價鍵交聯,而Fe-Py-PDMS通過金屬 - 配體配位鍵交聯。

引入自愈彈性體提高疏冰表面機械耐久性

圖2.(a)250-750cm-1範圍內Py-PDMS與Sylgard 184重量比為0-8、5-3、7-1,8-0的Fe-Py-PDMS樣品的拉曼光譜;(b)1750-1500cm -1範圍內Py-PDMS與Sylgard 184重量比為8-0和7-1的Fe-Py-PDMS樣品的FT-IR光譜。

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圖3.(a)7-1樣品的數碼照片展示了所有自癒合彈性體樣品的橙紅色和透明度。(b)7-1的SEM圖像代表性顯示了光滑且緻密的表面;(c)7-1的EDX譜線掃描顯示出了感興趣的元素(C,O,N,Si,Fe和Cl);(d)掃描尺寸為500×500nm2的8-0,7-1,5-3和0-8樣品的AFM三維高度圖像。

引入自愈彈性體提高疏冰表面機械耐久性

圖4.(a)8-0,7-1,5-3和0-8樣品平面衝壓納米壓痕測試的的載荷 - 位移曲線;(b)納米壓痕測試樣品降低的模量;(c)在蠕變可視化測試之前8-0,7-1,5-3和0-8樣品的數字照片;(d)蠕變可視化測試後8-0,7-1,5-3和0-8樣品的數字照片。

引入自愈彈性體提高疏冰表面機械耐久性

圖5. 力作用下金屬 - 配體配位絡合物破裂和聚合物鏈滑移,以及金屬 - 配體配位絡合物的重排示意圖。

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圖6. 8-0,7-1和5-3的自愈過程的光學顯微鏡圖像。比例尺:200μm。

引入自愈彈性體提高疏冰表面機械耐久性

圖7.(a)8-0,7-1,5-3和0-8樣品塗層的冰粘合強度;(b)7-1樣品在結冰/除冰循環中自愈後的冰粘附強度。


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