本文關(guān)鍵詞：磁響應(yīng)仿生多功能涂層的制備及其防覆冰性能

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【摘要】：輸電線路、運(yùn)輸設(shè)備、風(fēng)機(jī)葉片等戶外設(shè)備表面上結(jié)冰會(huì)給人們的生產(chǎn)生活帶來(lái)諸多不便,甚至?xí)鹬卮蟮慕?jīng)濟(jì)損失,構(gòu)建與制備新型防覆冰涂層材料具有重要意義。近年來(lái)研究發(fā)現(xiàn)仿生超潤(rùn)濕表面表現(xiàn)出了優(yōu)異的到防覆冰性能,如仿荷葉效應(yīng)的超疏水抗結(jié)冰涂層材料�？紤]到循環(huán)結(jié)冰和除冰過(guò)程中,會(huì)破壞表面的結(jié)構(gòu),從而使其失去防覆冰性能。而Fe3O4粒子具有磁熱性能和光熱性能,可起到熱能除冰的效果。本文將磁性Fe3O4粒子引入到共聚物涂層中,構(gòu)建出了仿荷葉表面的磁性超疏水防覆冰涂層和仿豬籠草表面的磁性超光滑疏冰涂層。本文首先以氨基硅烷偶聯(lián)劑修飾表面制備出氨基修飾的Fe3O4粒子(MNP@NH2),然后與帶有功能性環(huán)氧基團(tuán)的含氟共聚物交聯(lián),制備了以空氣填充微納復(fù)合結(jié)構(gòu)的磁性超疏水涂層。通過(guò)SEM、AFM、XPS等手段對(duì)所制備的涂層表面形貌和化學(xué)組成進(jìn)行了分析,發(fā)現(xiàn)含氟基團(tuán)在涂層表面有明顯的富集。隨著MNP@NH2含量的增加,表面的粗糙度增加,部分粒子團(tuán)聚形成具有微納多尺度結(jié)構(gòu)。所制備的涂層表面水的靜態(tài)接觸角大于1600,滾動(dòng)角小于40,具有超疏水性能。該涂層延長(zhǎng)結(jié)冰時(shí)間達(dá)2878 s,冰與表面的附著力可降至213.7KPa。由于磁性粒子的引入,涂層在高頻感應(yīng)加熱器和模擬太陽(yáng)燈光源下具有明顯的熱效應(yīng)可達(dá)到快速熱能除冰的目的。論文進(jìn)一步研究了MNP@NH2引入帶環(huán)氧基的聚乙二醇甲基丙烯酸酯共聚物中,制備磁性兩親性共聚物復(fù)合涂層,再將多元醇、油酸、硅油等潤(rùn)滑液體浸潤(rùn)該涂層得到了仿豬籠草表面的磁性超光滑涂層材料。通過(guò)SEM和AFM表征證實(shí)復(fù)合涂層表面具有微納多尺度復(fù)合結(jié)構(gòu)。以多元醇浸潤(rùn)的超光滑表面可延長(zhǎng)結(jié)霜時(shí)間至2700s,降低冰與表面附著力至0.01 N,冰塊極易從表面滑落。采用DSC研究水滴在表面上的結(jié)晶過(guò)程,發(fā)現(xiàn)多元醇浸潤(rùn)的表面上可降低液滴的結(jié)晶溫度至-36.8℃。所制備的磁性超光滑涂層具有優(yōu)異的抗結(jié)冰和疏冰性能。
【關(guān)鍵詞】：防覆冰 超疏水 熱能除冰 超光滑 磁性
【學(xué)位授予單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TB306;O631
【目錄】：

• 致謝5-6
• 摘要6-7
• Abstract7-12
• 第1章 前言12-14
• 第2章 文獻(xiàn)綜述14-42
• 2.1 覆冰的形式14
• 2.2 防覆冰的方式14-16
• 2.2.1 溶液除冰15
• 2.2.2 機(jī)械除冰15
• 2.2.3 熱能除冰15
• 2.2.4 涂層防冰15-16
• 2.3 防覆冰涂層的作用機(jī)理16-24
• 2.3.1 表面潤(rùn)濕理論16-17
• 2.3.2 起疏水涂層17-19
• 2.3.3 親水涂層19-20
• 2.3.4 超光滑液體浸潤(rùn)多孔涂層20-22
• 2.3.5 其他功能性涂層22-24
• 2.4 防覆冰涂層的制備方法24-38
• 2.4.1 超疏水涂層的制備25-30
• 2.4.2 親水涂層的制備30-32
• 2.4.3 超光滑液體浸潤(rùn)涂層的制備32-35
• 2.4.4 其他功能性防覆冰涂層的制備35-38
• 2.5 論文研究思路與研究?jī)?nèi)容38-42
• 2.5.1 磁性超疏水防覆冰涂層的表面構(gòu)建39-40
• 2.5.2 磁性超光滑型防覆冰涂層研究思路40-41
• 2.5.3 研究方案與研究?jī)?nèi)容41-42
• 第3章 磁性超疏水防覆冰涂層的制備及其性能研究42-60
• 3.1 前言42
• 3.2 實(shí)驗(yàn)部分42-44
• 3.2.1 材料42-43
• 3.2.2 MNP@NH_2的合成43-44
• 3.2.3 P(C_6SMA-r-SMA-r-GMA)的合成44
• 3.2.4 磁性雜化涂層的制備44
• 3.3 表征方法44-46
• 3.3.1 紅外光譜表征44
• 3.3.2 表面形貌表征44-45
• 3.3.3 表面X射線光電子能譜(XPS)分析45
• 3.3.4 磁化曲線及磁熱性能45
• 3.3.5 涂層表面靜態(tài)接觸角(CA)、前進(jìn)角(θ_a)、后退角(θ_r)、滾動(dòng)角以及水滴在涂層表面的結(jié)冰時(shí)間45
• 3.3.6 冰與表面附著力45-46
• 3.3.7 光熱除冰性能46
• 3.4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論46-59
• 3.4.1 紅外譜圖46-47
• 3.4.2 MNP@NH_2的粒徑分布47-48
• 3.4.3 表面形貌和表面元素組成48-50
• 3.4.4 表面潤(rùn)濕性能50-51
• 3.4.5 動(dòng)態(tài)液滴與表面的附著力51-52
• 3.4.6 飽和磁化強(qiáng)度和磁熱性能52-54
• 3.4.7 延長(zhǎng)結(jié)冰時(shí)間54-56
• 3.4.8 冰與表面附著力56
• 3.4.9 表面的光熱性能56-57
• 3.4.10 表面除冰性能57-58
• 3.4.11 超疏水性能的持久性58-59
• 3.5 本章小結(jié)59-60
• 第4章 磁性自潤(rùn)滑防覆冰涂層的制備及其性能研究60-76
• 4.1 前言60
• 4.2 實(shí)驗(yàn)部分60-62
• 4.3 性能表征62-63
• 4.3.1 掃描電子顯微鏡62
• 4.3.2 原子力顯微鏡62
• 4.3.3 示差掃描量熱法(DSC)測(cè)定結(jié)晶溫度62
• 4.3.4 涂層表面潤(rùn)濕性能靜態(tài)水接觸角62
• 4.3.5 冰與表面附著力及循環(huán)結(jié)冰除冰中的冰與表面附著力62-63
• 4.3.6 抗結(jié)霜性能測(cè)試63
• 4.3.7 除冰性能測(cè)試63
• 4.4 結(jié)果與討論63-74
• 4.4.1 紅外光譜63-65
• 4.4.2 表面形貌65-66
• 4.4.3 表面潤(rùn)濕性能66-67
• 4.4.4 結(jié)霜過(guò)程67-70
• 4.4.5 冰與表面附著力70-72
• 4.4.6 除冰性能72-73
• 4.4.7 結(jié)晶溫度73-74
• 4.5 本章小結(jié)74-76
• 第5章 總結(jié)與展望76-79
• 5.1 論文的主要結(jié)論76-77
• 5.2 論文的主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)77
• 5.3 論文的不足與展望77-79
• 參考文獻(xiàn)79-85
• 作者介紹85
• 碩士期間發(fā)表/準(zhǔn)備發(fā)表的論文85

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