防结冰涂层ppt课件

防结冰涂层的研究,报告人：,1,主要内容,选题背景与意义研究现状与发展趋势,2,选题背景与意义,金属材料的腐蚀带来巨大经济损失，据统计世界每年因腐蚀报废的钢铁设备相当于年产量的30%。因此，金属材料的腐蚀与防护技术一直是国内外学者研究的热点。目前，涂层防护依然是金属腐蚀与防护最常用措施。由于其对环境有很强的依赖性，针对我国西部内陆高寒、强风沙等特殊环境而开发的传统涂层材料的防护措施已不能完全满足需求。基于此，本课题主要针对高寒、强风沙等环境特性发展新型的具有优异防结冰性能的防腐涂层。,3,选题背景与意义,覆冰是冬季的一种常见自然现象，会导致电力、能源、交通等工程领域面临严重结/覆冰难题。在高寒及强风沙地区的结/覆冰现象更加严重，如高速铁路机车测速雷达及转向架一旦覆冰，运行安全性会大大降低。常用涂层已经不能满足高寒、强风沙等低温恶劣环境下的使用要求，如何应对并减少表面覆冰已成为目前面临的严峻挑战。基于此，本课题主要针对高寒、强风沙等环境特性发展新型的具有优异防结冰性能的防护涂层。,4,选题背景与意义,目前材料防结冰主要有两种方法：构筑超疏水表面和添加特殊材料。通过在粗糙表面上涂覆低表面能材料获得的超疏水表面，由于好的防水性能和低的表面能，可以使水液滴有效去除，因此广泛应用于防结冰领域。但由于温度降低导致的吸附和冷凝以及结冰除冰，超疏水表面会失去其超疏水性能。因此在防结冰应用中仍面临很大挑战。,5,研究现状与发展趋势,机械除冰。通过除冰机械进行除冰,其特点是运行成本低,效率低、工作强度大。涂撒防结冰剂。通过对基材表面涂撒防结冰剂,降低冰点。防结冰剂一般是液体或盐类，对土壤有污染、对路面腐蚀,只能临时涂撒,时效短。加热除冰。通过对基材表面加热除冰,例如通过光照生热、热风、热油或机身表面发热元件通电加热进行表面快速除冰。涂层除冰。是通过在基材表面涂防覆冰的涂料,减少冰对基材表面的附着力和表面的覆冰量,再利用风和自然力的作用使冰容易脱离基材表面。此类方法简单易行、成本低,在很多地方可以起到减少冰灾的作用。即便在极端条件下需采用人工除冰时,也因冰对基材表面附着力小,工作难度可大为减少。,防覆冰的基本方法,6,从表面润湿性角度可分为：亲水型涂层：主要机理在于亲水表面可以使得滴落在基质表面的过冷水凝固点降低，延长结冰时间，达到防结冰的效果。疏水型涂层：疏水涂层一直是防覆冰涂层的主流，通常分为两类，一类是静态水接触角满足90150的低表面能涂层;另一类则是150的超疏水涂层。复合型涂层：随着超疏水涂层的弊端被不断发现，防覆冰机理的研究不断深入，亲水修饰超疏水多功能复合涂层成了防覆冰涂层的新思路。,防覆冰涂层的分类,LvJ,SongY,JiangL,etal.AcsNano,2014,8(4):3152-69.,研究现状与发展趋势,7,研究现状与发展趋势,结冰之前，超疏水表层纹理中的留滞空气促进水液滴的反弹以及冷凝水液滴合并引发自移动来达到防结冰的目的。当发生结冰，在材料表面引入润滑层以大大降低冰黏附力。形成的冰可以在风力重力下去除。另外引入或留滞的其他介质，用于防结冰基础研究。,图1近期防结冰方法的三个主要类别,LvJ,SongY,JiangL,etal.AcsNano,2014,8(4):3152-69.,8,超疏水表面,水蒸汽在超疏水微粗糙表面原位冷凝结冰，导致冰的粘附力比光滑表面大，因此制备冷凝液滴快速自迁移的超疏水表面以延迟结冰。通过构建对冷凝水滴低黏附的微纳结构表面，有效利用冷凝水滴在合并时释放的表面能，使落到或冷凝在材料表面上的过冷水在结冰之前快速自移动，达到防结冰目的。图中，外层浸入热水浴反应形成亚微米结构，使具有其小的固液接触面积；低表面能物质FAS-17改性处理形成间隙孔。,图2分层微纳结构多孔铝表面扫描电镜,HeM,ZhouX,ZengX,etal.SoftMatter,2012,8(25):6680-6683,研究现状与发展趋势,9,研究现状与发展趋势,(a)当粘附力为7.9mJm2时，R1:R2这展现出1到5广泛的分布，表明发生合并自移动。粘附力增大到70.9mJm2时，R1:R2变窄，自移动只在R1:R2为11.5时发生，表明自移动受阻碍。随着粘附力的增大，自移动效率减小，当R1:R2归于统一，才可以合并自移动。(b)粘附力越大冷凝液滴累计体积越小因此，低的粘附力导致高的自移动效率。,图2(a)表面粘附力S1,S2,S3,S4依次为7.9,28.5,48.5,70.9(mJm2)的R1:R2分布插图是不同R1:R2的合并导致的自移动(b)冷凝水液滴在不同粘附力表面的累计移动体积。,HeM,ZhouX,ZengX,etal.SoftMatter,2012,8(25):6680-6683.,10,通过在硫酸电解质溶液中进行阳极氧化，然后用十四酸进行表面改性制作分层的微纳米结构超疏水表面。冰和涂层之间的滞留空气有助于低的表面能；异质形核困难；另外滞留空气减少实际接触区域，使机械黏制影响最小。因此展现出优异、持久的防结冰性能。,ZhengS,LiC,FuQ,etal.MaterialsKang,S.H.;Tang,S.K.Y.;Smythe,E.J.;Hatton,B.D.;Grinthal,A.;Aizenberg,J.Nature2011,477,443447.,研究现状与发展趋势,14,当结冰以后有机溶剂充当中介润滑层，防止冰霜在表面纹理中产生，使其具有低的冰粘附力。在SLIPS涂层上过冷水的冻结减少，并且在150次结冰/除冰循环后涂层的性能没有被影响。,图9表面的结霜除霜示意图,