超疏水納米氧化鋅的制備及防覆冰抗結(jié)霜性能研究.pdf

1、航空、電力、通信和運(yùn)輸設(shè)備表面的覆冰和結(jié)霜現(xiàn)象給人們的生產(chǎn)、生活帶來了許多的不便，甚至引起了重大經(jīng)濟(jì)損失。尤其是對現(xiàn)代工業(yè)中廣泛使用的銅和不銹鋼材來說，研究其抗凍結(jié)抗結(jié)霜性能將具有巨大的應(yīng)用價(jià)值。近年來，科研人員受到“荷葉效應(yīng)”的啟發(fā)，對水滴與材料表面間接觸角超過150°的超疏水表面產(chǎn)生了很大的研究興趣，通過微納結(jié)構(gòu)構(gòu)造和特殊物質(zhì)表面涂覆改性有望實(shí)現(xiàn)材料表面的防覆冰和抗結(jié)霜。本論文通過水熱法在銅片和304不銹鋼片上制備了超疏水ZnO納米

2、薄膜，通過紫外光照射得到了具有不同浸潤性的ZnO表面，并綜合測試分析了材料表面的防覆冰和抗結(jié)霜性能。
　　(1)通過改變種子層的制備方法和水熱法的生長技術(shù)參數(shù)，制備出了不同粗糙結(jié)構(gòu)的納米ZnO薄膜。在銅片和304不銹鋼片上涂覆種子層或電沉積種子層，再通過水熱法制備出了納米 ZnO薄膜。經(jīng)低表面物質(zhì)修飾后，形成了接觸角大于150°、滾動角小于5°的超疏水表面。進(jìn)一步通過紫外光照射后，獲得了不同接觸角的納米ZnO表面。
　　(2

3、)分別研究了銅片和304不銹鋼基底上超疏水納米ZnO薄膜表面的靜態(tài)、動態(tài)結(jié)冰和結(jié)霜情況，發(fā)現(xiàn)均有防覆冰抗結(jié)霜性能。分別在-5℃、-10℃、-15℃、-20℃環(huán)境中，系統(tǒng)研究了不同粗糙結(jié)構(gòu)的納米ZnO表面的抗結(jié)冰效果，發(fā)現(xiàn)銅基底上針尖花簇狀納米結(jié)構(gòu)和304不銹鋼基底上花簇狀納米結(jié)構(gòu)抗結(jié)冰效果最好，且納米尺寸越小、結(jié)構(gòu)越規(guī)整，抗結(jié)冰效果越好。靜態(tài)結(jié)冰情況下，在-5℃、-10℃、-15℃溫度下，與親水納米ZnO、疏水納米ZnO、空白基底相比，

4、超疏水納米ZnO抗結(jié)冰效果最明顯，且溫度越低，抗結(jié)冰效果越差。動態(tài)結(jié)冰情況下，在-16℃溫度下，親水、疏水納米ZnO沒有抗結(jié)冰作用，超疏水納米ZnO抗結(jié)冰作用明顯。在-10℃、-16℃環(huán)境中，利用加濕器提供的小液滴進(jìn)行了ZnO表面的結(jié)霜實(shí)驗(yàn)，與親水、疏水納米ZnO和空白基底相比，超疏水納米ZnO表面開始結(jié)霜時(shí)間和霜晶鋪滿樣品表面時(shí)間推遲時(shí)間明顯，霜晶質(zhì)量也始終最少，霜晶最易清除，證明超疏水納米ZnO有抗結(jié)霜效果。
　　(3)基底材

5、料的選擇對 ZnO納米結(jié)構(gòu)的形成及其抗結(jié)冰抗結(jié)霜性能均有一定影響。在銅片和304不銹鋼片上采用同種方法制備的納米ZnO，對比其抗結(jié)冰性可知，當(dāng)溫度高于-10℃時(shí)，銅基樣品抗結(jié)冰效果更明顯，而當(dāng)溫度低于-10℃時(shí)，不銹鋼基底抗結(jié)冰效果更明顯。即使在銅和不銹鋼基底上超疏水納米 ZnO具有相似結(jié)構(gòu)時(shí)，在-5℃、-10℃、-15℃環(huán)境下，二者表面水滴開始結(jié)冰消耗的時(shí)間也明顯不同。通過綜合對比發(fā)現(xiàn)，銅基底上納米 ZnO的防覆冰抗結(jié)霜性能優(yōu)于304