[发明专利]光电热超疏水薄膜及制备方法和防结冰与除冰应用

说明书

本发明公开了一种光电热超疏水薄膜及制备方法和防结冰与除冰应用；一种光电热超疏水薄膜的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：步骤一、将PDMS和固化剂按照一定质量比，剧烈搅拌得到组分A；将一定质量的光热材料加入组分A，混合得到组分B；步骤二、将组分B倾倒于具有微结构的模具中固化，得到光热超疏水薄膜；将光热超疏水薄膜与模具进行分离，获得表面具有微结构的光热超疏水薄膜；步骤三、将一定质量的电热材料分散在一定体积的无水乙醇中，形成悬浮液C；步骤四、在一定压力下将悬浮液C均匀喷涂在表面具有微结构的光热超疏水薄膜表面；步骤五、对光电热超疏水薄膜进行硅烷化处理；本发明可广泛应用在航空、电力、通信、化工等领域。

技术领域

本发明涉及薄膜及制备方法和用途，具体涉及一种光电热超疏水薄膜及制备方法和防结冰与除冰应用。

背景技术

冰雪是自然界最常见的景象，然而冰雪给我们的生活和生产带来了众多不便和巨大的经济损失。如飞机结冰导致的飞行事故、道路结冰导致的交通安全事故、输电线结冰导致的输电线断裂等灾害；其中2008年中国南方的输电线冰冻灾害导致电力、通信等多部门受害，造成巨大的经济损失；因此解决户外设备表面结冰问题成为户外设备在冬季持久稳定运行的需求。现有的除冰方法如机械除冰、热力除冰、化学试剂除冰等存在能耗高、效率低、使用范围受限、环境不友好等众多缺陷，于是研究者从防结冰的角度出发来防止表面结冰，这貌似成为解决覆冰问题的措施之一。

近年来研究者受自然界荷叶的疏水效应制备的超疏水表面能够在结冰前将过冷液滴驱除，经研究发现由于微纳复合结构与低表面能的共同作用赋予超疏水表面较低的滚动角和较高的接触角，使的液滴在接触表面时能够在外力作用下及时脱离表面；同时也发现液滴在该表面上处于Cassie状态，微纳复合结构内的空气穴能够减弱壁面与液滴之间的传热，从而使液滴在该表面具有较长的结冰延迟时间，因此该表面具有一定的防结冰效果。但是后期研究也发现该表面一旦结冰后冰会“钉扎”在壁面，具有较高的粘附力难以除冰；同时该表面在经过多次结冰循环后表面微纳复合结构会被破坏，其疏水性能被破坏，这成为限制超疏水表面发展的瓶颈。除此研究者也受猪笼草捕食原理制备的润滑表面，发现固定在微纳复合结构内的润滑油具有一定的疏冰效果，但是多次结冰循环后该表面的润滑剂会流失以及润滑剂的大量使用也会造成环境污染问题，从而限制了该表面的发展和工程应用。

综上发现，传统的除冰方法能够解决结冰带来的难题，但是该方法具有能耗高、效率低、使用范围受限等众多缺陷，并且化学试剂的大量使用会污染环境。而近几年开发的防结冰表面在一定程度上能够减缓表面的结冰，但是该表面存在耐久性差、环境污染等缺陷，且一旦结冰后超疏水表面的钉扎效应会造成更大的除冰难题。因此为了保证户外设备在低温环境下的使用，需要开发出一种能够在户外持久稳定运行的具有防结冰与除冰功能的表面。

发明内容

本发明解决的技术问题是提供一种光电热超疏水薄膜及制备方法和防结冰与除冰应用。

本发明的技术方案是，一种光电热超疏水薄膜的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤一、将PDMS和固化剂按照一定质量比，剧烈搅拌得到组分A；将一定质量的光热材料加入组分A，剧烈搅拌混合得到组分B；

步骤二、将组分B倾倒于具有微结构的模具中，静止固化，随后在不同加热温度条件下固化一定时间，直至完全固化得到光热超疏水薄膜；将光热超疏水薄膜与模具进行分离，获得表面具有微结构的光热超疏水薄膜；

步骤三、将一定质量的电热材料MWCNTs分散在一定体积的无水乙醇中，形成悬浮液C；

步骤四、利用喷笔在一定压力下将悬浮液C均匀喷涂在表面具有微结构的光热超疏水薄膜表面，使微结构表面形成一层纳米结构，得到耦合光热/电热/超疏水效应的光电热超疏水薄膜；

步骤五、对光电热超疏水薄膜进行硅烷化处理，以降低薄膜的表面能，使其拥有较好的疏水性能。