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高分子学报 2021年第11期52卷 1506-1513页

作者：朱军黄汉雄华南理工大学广东省高分子先进制造技术及装备重点实验室微/纳成型与流变学研究室广州510640

采用注射压缩成型(ICM)快速制备表面具有纳米丝状结构的聚丙烯/多壁碳纳米管(PP/MWCNTs)复合材料复制物.结果表明,密集分布的纳米丝使表面呈现超疏水、极低黏附的润湿状态;MWCNTs和纳米丝有效降低了复制物表面的反射率(在300~800 nm波... 详细信息

采用注射压缩成型(ICM)快速制备表面具有纳米丝状结构的聚丙烯/多壁碳纳米管(PP/MWCNTs)复合材料复制物.结果表明,密集分布的纳米丝使表面呈现超疏水、极低黏附的润湿状态;MWCNTs和纳米丝有效降低了复制物表面的反射率(在300~800 nm波长范围内平均反射率仅为5.5%),促进复制物对太阳光的吸收(在1 sun(1 kW/m^(2))模拟太阳光照射300 s后其表面平均温度从0℃快速升至77.4℃).复制物的这种润湿状态和高效的光热转换性能使其具有良好防冰和除冰/除霜性能.复制物表面上水滴的结冰时间得到明显延长,在1 sun模拟太阳光照射下冰滴可被快速清除.在光热融霜过程中,复制物表面上融霜碎片卷曲成球形融霜水滴,且融霜水滴自发滑移;融霜结束时,复制物表面上的融霜水滴覆盖率仅为7.5%.研究表明,采用ICM快速制备具有良好被动防冰和主动除冰功能的超疏水高分子纳米复合材料表面是可行的.

关键词：聚丙烯/碳纳米管复合材料注压成型纳米丝光热转换除冰/除霜

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注压成型聚丙烯/碳纳米管材料表面的微纳结构和光热除冰/除霜

注压成型聚丙烯/碳纳米管材料表面的微纳结构和光热除冰/除霜

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作者：朱军华南理工大学

学位级别：硕士

飞机机翼、风力发电机叶片等表面积冰/积霜会给日常生活带来不利影响,亟待开发能预防表面积冰/霜、及时清除表面冰/霜的防冰/除冰策略。相较传统的机械除冰和化学除冰,光热除冰效率更高,且绿色环保、无损表面。本学位论文采用注压成型(I... 详细信息

飞机机翼、风力发电机叶片等表面积冰/积霜会给日常生活带来不利影响,亟待开发能预防表面积冰/霜、及时清除表面冰/霜的防冰/除冰策略。相较传统的机械除冰和化学除冰,光热除冰效率更高,且绿色环保、无损表面。本学位论文采用注压成型(ICM)快速制备兼具良好被动防冰和主动除冰功能的复制物,探究表面微纳结构的陷光特性并分析其对复制物光热转换性能的影响,分析复制物表面的光热除冰/除霜行为。以化学沉积法制备的表面具有纳米鳞片结构的铍铜板为模具模板,采用ICM快速制备表面具有纳米丝状结构的聚丙烯/多壁碳纳米管(PP/MWCNTs)复合材料复制物。结果表明,密集分布的纳米丝赋予表面超疏水、极低黏附的润湿特性;MWCNTs和纳米丝有效降低了复制物表面的反射率(在300～800 nm波长范围内平均反射率仅为5.5%),促进复制物对太阳光的吸收(在1 sun(1 k W/m)模拟太阳光照射300 s后其表面平均温度从0℃快速升至77.4℃)。复制物的这种润湿状态和高效的光热转换性能使其具有良好防冰和除冰/除霜性能。复制物表面上水滴的结冰时间得到明显延长,在1 sun模拟太阳光照射下冰滴可被快速清除。在光热融霜过程中,复制物表面上融霜碎片卷曲成球形融霜水滴,且融霜水滴自发滑移;融霜结束时,复制物表面上的融霜水滴覆盖率仅为7.5%。在精密铣削的微金字塔结构阵列铍铜表面沉积纳米鳞片获得金字塔微纳双级结构铍铜模板,利用ICM快速成型表面具有倒金字塔微纳双级结构的PP/MWCNTs复制物。结果表明,在MWCNTs和表面倒金字塔微纳双级结构共同作用下,复制物呈现明显较低的表面反射率(在300～800 nm波长范围内平均反射率低至2.2%),光热转换性能得到提高(在1 sun模拟太阳光照射300 s后其表面平均温度从0℃快速升至85.4℃)。MWCNTs含量的增加和光照功率的增大均能有效促进复制物光热转换。此外,倒金字塔微纳双级结构赋予复制物表面超疏水、极低黏附润湿状态和稳定的抗润湿特性,100N压力下循环挤压10次或被砂纸在3 k Pa压力下摩擦2000 mm后复制物表面依然保持超疏水状态。高效的光热转换性能和稳定的表面润湿状态赋予倒金字塔微纳双级结构复制物良好的防冰/防霜和除冰/除霜性能。复制物表面上结霜和水滴结冰的时间得到明显延长,撞击水滴可从–20℃的复制物表面上完全回弹。在1 sun模拟太阳光照射下,复制物表面上3 mm厚的冰层在17.0 min内完全融化。光热融霜过程中,霜晶融化形成具有较高流动性的球形水滴并在表面上自发滑移、旋转;而在融霜水滴的光热蒸发过程中,水滴直径逐渐减小并在表面上自发滑移、跳跃,光照8.2 min后,水滴完全蒸发。

关键词：注压成型微纳结构聚丙烯/碳纳米管复合材料减反射光热转换除冰/除霜

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