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哈尔滨工程大学学报 2024年第8期45卷 1497-1507页

作者：王钰博孙永阳薛意青梁文彦哈尔滨工程大学航天与建筑工程学院黑龙江哈尔滨150001

为了避免表面覆冰对日常生产生活造成的巨大影响,解决传统防/除冰技术存在效率低、能耗大、高污染等问题,本文梳理了基于超疏水特性实现表面防/除冰的研究进展。介绍了固体表面浸润性理论及常见的超疏水表面的制备方法,对超疏水表面的... 详细信息

为了避免表面覆冰对日常生产生活造成的巨大影响,解决传统防/除冰技术存在效率低、能耗大、高污染等问题,本文梳理了基于超疏水特性实现表面防/除冰的研究进展。介绍了固体表面浸润性理论及常见的超疏水表面的制备方法,对超疏水表面的被动防冰和主动除冰方法进行了综述和讨论,归纳了基于超疏水表面的防/除冰策略在航空、船舶、电力等领域的具体应用。总结和剖析了超疏水防/除冰表面在实际应用中存在的问题和面临的挑战,对未来的发展方向进行了展望。

关键词：超疏水仿生表面与界面复合材料被动防冰主动除冰研究进展工程应用

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脉冲式防除冰系统的构建及其调控机制研究

脉冲式防除冰系统的构建及其调控机制研究

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作者：吴秋宏西南科技大学

学位级别：硕士

结冰引起的固化冰晶及低温状态,经常给人类社会的生产生活造成严重的安全困扰和经济危害。在电力输送、航天航空、太阳能、轨道交通、发动机、能源等领域,都存在结冰引起的设备损毁报废、能量损失及安全事故等诸多方面的问题。超疏水表... 详细信息

结冰引起的固化冰晶及低温状态,经常给人类社会的生产生活造成严重的安全困扰和经济危害。在电力输送、航天航空、太阳能、轨道交通、发动机、能源等领域,都存在结冰引起的设备损毁报废、能量损失及安全事故等诸多方面的问题。超疏水表面因其液体排斥效应和液滴反弹特性,可以实现有效的被动防冰,但是不能彻底解决表面结冰问题。而传统的电热涂层通过其表面升温特性实现主动除冰,能够彻底解决表面结冰问题,但是伴随着巨大的能耗。因此协同被动防冰和主动除冰,高效节能地解决表面结冰问题是表面防除冰领域的重要课题之一。本文通过氟化改性技术和气动喷涂技术制备了超疏水电热复合涂层(F-CEE)和超疏水光/电-热复合涂层(SH@PET),均表现出优异的低温表面超疏水性能和低温表面光/电-热升温性能,兼具长效被动防冰和高效主动除冰特性。通过向复合涂层提供脉冲驱动电压,成功实现了被动防冰和主动除冰的协同作用,有效延长表面结冰时间,减少系统理论能耗。本工作为解决表面结冰问题提供了新的解决方案,有望应用于低温系统及设备、动力传动系统、高空飞行器等领域,具有重大的发展前景。(1)通过一步喷涂法成型了兼具表面粗糙结构和低表面能修饰的F-CEE涂层。系统研究了CNTs和PFDTES添加量对F-CEE涂层超疏水性能和导电性能的影响机制。通过FESEM、AFM验证了涂层的表面粗糙结构,通过EDS、IR、Raman和XPS验证了涂层表面的氟化改性程度。通过在不同p H值(1～13)溶液中浸泡7天,10周期高低温循环实验,500周期胶带剥离实验,500周期砂纸打磨实验,500周期砂轮磨耗实验,验证了F-CEE涂层优异的稳定性能。系统探究了F-CEE在低温环境下的表面润湿特性和表面电热升温特性,表现出长效被动防冰和快速主动除冰。当环境温度为-20℃时,F-CEE表面仍具有优异的液体排斥效应(SCA>143°,RA被动防冰和主动除冰的协同作用,F-CEE表面6μL水滴的结冰时间延长到了惊人的8 h。并且,系统的理论能耗低于199.37 MJ·m·d。(2)通过两步喷涂法成型了电热涂层和超疏水涂层复合的SH@PET涂层。SH@PET具有超疏水性能,在低温环境仍然表现出优异的液体排斥效应和液滴反弹特性。并且,SH@PET具有极高的吸光度(>98%)和极低的电阻率(被动防冰、主动防冰和主动除冰特性。对6μL水滴,SH@PET在-20℃的被动延迟结冰时间为353 s。当供给5 V电压和1 sun光照时,延迟结冰时间增加到了751和1569 s。在10 V、10 V+1 sun、15 V和15 V+1 sun条件下,SH@PET在-20℃的冷环境对6μL结冰水滴的融冰时间分别为78、75、24和23 s。在15 V(4s/100s)+1 sun协同作用下,SH@PET表面6μL水滴在-20℃的结冰时间延长到了10 h。并且,系统的理论能耗低于166.14 MJ·m·d。SH@PET(15 V(4s/100s)+1 sun)相较于F-CEE(15 V(10s/100s)),电脉冲频率从10s/100s降低到了4s/100s,降幅60.0%;延迟结冰时间从8 h增加到了10 h,增幅25.0%;理论能耗从199.37 MJ·m·d降低到了166.14 MJ·m·d,降幅16.7%。

关键词：超疏水光/电-热效应脉冲电压被动防冰主动除冰

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