【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于超疏水防冰領域，涉及一種基于超橢圓拓撲結構的超疏水防冰表面及其制備方法。
技術介紹
1、在低溫環境下，表面容易結冰，給航空航天、能源和交通等領域帶來安全隱患和能效損失。傳統的防冰方法環境友好性差且能耗較高，因此，需要一種制備綠色、低能耗的防冰表面的方法，以減少冰的形成并提高表面的抗冰性能。
2、向自然學習，荷葉、稻葉、蝴蝶翅膀等生物表面具有超疏水現象，其獨特的固-氣-液接觸界面，指導構筑新型防除冰表面。從自然中汲取靈感的仿生超疏水表面防冰是一種被動防冰技術，主要是在防冰區域表面通過使用界面材質降低表面能或構建微納復合結構等方式，減小液滴撞擊在固體表面的接觸面積和接觸時間來抑制表面結冰，從而實現大幅降低防冰所需能耗，具有極大的工程應用前景。
3、但是，大量的研究結果表明，超疏水表面的低固液接觸面積引起高局部應力，導致機械穩定性差，容易受自然氣候(日曬、沙塵、風雨)、外力(撞擊、摩擦)、結冰-除冰循環等破壞，最終導致超疏水表面失效，防冰效率降低，使機械穩定性成為制約超疏水表面在防冰應用領域的關鍵瓶頸。因此，需要通過使用超橢圓拓撲微結構保護機械脆弱的納米疏水結構，提高超疏水表面的機械穩定性，拓展其在航空航天、能源、交通等領域的防冰應用。
技術實現思路
1、針對現有超疏水防冰表面機械堅固性差、耐久性差等問題，本專利技術通過采用基底超橢圓拓撲微結構保護超疏水涂料納米結構策略，調控有機-無機雜化超疏水涂料的組成和配比，并將其填充到基于超橢圓拓撲的微結構內，
2、本專利技術制備技術方案如下：
3、一種基于超橢圓拓撲結構的超疏水防冰表面，所述超疏水防冰表面包括超橢圓拓撲結構基底(1)和超疏水涂料(2)，所述超橢圓拓撲結構基底(1)的微結構具備保護功能，保護內部超疏水涂料(2)免受沖擊損傷或摩擦磨損而失效；所述超疏水涂料(2)具有超疏水性的納米結構，能夠減小固液接觸面積、削弱固液熱傳遞，從而延緩結冰、降低冰粘附，具備防冰性能。
4、所述超疏水防冰表面滿足以下性能要求：水接觸角大于150°，滾動角小于10°；在經受多次摩擦磨損后，其表面仍具有超疏水性；相對于原始基底表面，能夠延長結冰時間，降低冰粘附力；在經受多次摩擦磨損后，其表面仍具有防冰性。
5、所述超橢圓拓撲結構基底(1)的材料是塑料、陶瓷、金屬、復合材料中的一種，拓撲結構單元是超橢圓形狀中的一種，由激光加工制得。超橢圓的形狀曲線是其中超橢圓的半直徑a，b取值范圍是60-500μm，指數參數n取值范圍是2-10。相鄰超橢圓間距的取值范圍為0-100μm。所述超疏水涂料(2)是一種有機-無機雜化材料，有機部分是樹脂聚合物的一種，無機部分是納米顆粒的一種，兩者通過有機溶劑共混所得。
6、所述超橢圓拓撲結構基底(1)與超疏水涂料(2)通過浸涂、刮涂或噴涂制得，然后加熱固化成型。
7、如上任一所述的超疏水防冰表面的制備方法，包括以下步驟：
8、步驟1，超橢圓拓撲結構基底(1)加工是將基底按設計要求通過激光加工出超橢圓形狀；
9、步驟2，超疏水涂料(2)制備是將有機樹脂和無機納米顆粒在有機溶劑中共混，并攪拌均勻；
10、步驟3，將超疏水涂料(2)通過浸涂、刮涂或噴涂的方式涂敷在超橢圓拓撲結構基底(1)的微結構內，然后進行加熱固化；
11、步驟4，對制備的超橢圓拓撲結構超疏水防冰表面進行接觸角測試，評估其浸潤性，若不滿足超疏水要求，則迭代步驟2中超疏水涂料(2)的有機-無機雜化配比，提高納米粒子的質量比。
12、步驟5，對制備的超橢圓拓撲結構超疏水防冰表面進行防冰性能測試，即當表面溫度-20℃時，其上10μl過冷液滴的結冰延遲時間，與原始裸露基底比較。
13、步驟6，對制備的超橢圓拓撲結構超疏水防冰表面進行摩擦測試，使用負載500g砝碼的砂紙反復摩擦表面50次后，測量表面接觸角，是否仍滿足超疏水要求；測量表面結冰延遲時間，與原始裸露基底比較。
14、本專利技術所述的基于超橢圓拓撲結構的超疏水防冰表面的有益效果是具備長效的、機械性能堅固的超疏水性和防冰性能，通過利用超橢圓拓撲微結構來保護超疏水納米結構，解決了超疏水表面機械堅固性差、不耐磨的問題，增強了超疏水表面的長效性和耐久性，具體表現為多次摩擦后仍具有原始表面的超疏水性和防冰性能，可應用于航空航天、能源、交通等領域。
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1.一種基于超橢圓拓撲結構的超疏水防冰表面，其特征在于，所述超疏水防冰表面包括超橢圓拓撲結構基底(1)和超疏水涂料(2)，所述超橢圓拓撲結構基底(1)的微結構具備保護功能，保護內部超疏水涂料(2)免受沖擊損傷或摩擦磨損而失效；所述超疏水涂料(2)具有本征超疏水性的納米結構，能夠減小固液接觸面積、削弱固液熱傳遞，從而延緩結冰、降低冰粘附，具備防冰性能。
2.根據權利要求1所述的超疏水防冰表面，其特征在于，所述超疏水防冰表面滿足以下超疏水的性能要求：水接觸角大于150°，滾動角小于10°。
3.根據權利要求1所述的超疏水防冰表面，其特征在于，所述超疏水防冰表面在經受多次摩擦磨損后，其表面仍具有超疏水性。
4.根據權利要求1所述的超疏水防冰表面，其特征在于，所述超疏水防冰表面相對于原始基底表面，能夠延長結冰時間，降低冰粘附力。
5.根據權利要求1所述的超疏水防冰表面，其特征在于，所述超疏水防冰表面在經受多次摩擦磨損后，其表面仍具有防冰性。
6.根據權利要求1所述的超疏水防冰表面，其特征在于，所述超橢圓拓撲結構基底(1)的材料是
7.根據權利要求1所述的超疏水防冰表面，其特征在于，所述超疏水涂料(2)是一種有機-無機雜化材料，有機部分是樹脂聚合物的一種，無機部分是納米顆粒的一種，兩者通過有機溶劑共混所得；優選地，所述的樹脂聚合物為聚二甲基硅氧烷或環氧樹脂；優選地，所述的納米顆粒為納米二氧化硅或者碳納米顆粒；優選地，所述的納米顆粒粒徑為1～30nm。
8.根據權利要求1所述的超疏水防冰表面，其特征在于，所述超橢圓拓撲結構基底(1)與超疏水涂料(2)通過浸涂、刮涂或噴涂制得，然后加熱固化成型。
9.如權利要求1-8任一項所述的一種超疏水防冰表面的制備方法，包括以下步驟：
...【技術特征摘要】
1.一種基于超橢圓拓撲結構的超疏水防冰表面，其特征在于，所述超疏水防冰表面包括超橢圓拓撲結構基底(1)和超疏水涂料(2)，所述超橢圓拓撲結構基底(1)的微結構具備保護功能，保護內部超疏水涂料(2)免受沖擊損傷或摩擦磨損而失效；所述超疏水涂料(2)具有本征超疏水性的納米結構，能夠減小固液接觸面積、削弱固液熱傳遞，從而延緩結冰、降低冰粘附，具備防冰性能。
2.根據權利要求1所述的超疏水防冰表面，其特征在于，所述超疏水防冰表面滿足以下超疏水的性能要求：水接觸角大于150°，滾動角小于10°。
3.根據權利要求1所述的超疏水防冰表面，其特征在于，所述超疏水防冰表面在經受多次摩擦磨損后，其表面仍具有超疏水性。
4.根據權利要求1所述的超疏水防冰表面，其特征在于，所述超疏水防冰表面相對于原始基底表面，能夠延長結冰時間，降低冰粘附力。
5.根據權利要求1所述的超疏水防冰表面，其特征在于，...
【專利技術屬性】
技術研發人員：劉克松，張志杰，寧宇震，趙志紅，王曉濤，劉潔琳，
申請(專利權)人：天目山實驗室，
類型：發明
國別省市：
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