超疏水納米氧化鋅的制備及防覆冰抗結霜性能研究.pdf

1、航空、電力、通信和運輸設備表面的覆冰和結霜現(xiàn)象給人們的生產、生活帶來了許多的不便，甚至引起了重大經濟損失。尤其是對現(xiàn)代工業(yè)中廣泛使用的銅和不銹鋼材來說，研究其抗凍結抗結霜性能將具有巨大的應用價值。近年來，科研人員受到“荷葉效應”的啟發(fā)，對水滴與材料表面間接觸角超過150°的超疏水表面產生了很大的研究興趣，通過微納結構構造和特殊物質表面涂覆改性有望實現(xiàn)材料表面的防覆冰和抗結霜。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參數(shù)，制備出了不同粗糙結構的納米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。經低表面物質修飾后，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)結冰和結霜情況，發(fā)現(xiàn)均有防覆冰抗結霜性能。分別在-5℃、-10℃、-15℃、-20℃環(huán)境中，系統(tǒng)研究了不同粗糙結構的納米ZnO表面的抗結冰效果，發(fā)現(xiàn)銅基底上針尖花簇狀納米結構和304不銹鋼基底上花簇狀納米結構抗結冰效果最好，且納米尺寸越小、結構越規(guī)整，抗結冰效果越好。靜態(tài)結冰情況下，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抗結冰效果最明顯，且溫度越低，抗結冰效果越差。動態(tài)結冰情況下，在-16℃溫度下，親水、疏水納米ZnO沒有抗結冰作用，超疏水納米ZnO抗結冰作用明顯。在-10℃、-16℃環(huán)境中，利用加濕器提供的小液滴進行了ZnO表面的結霜實驗，與親水、疏水納米ZnO和空白基底相比，超疏水納米ZnO表面開始結霜時間和霜晶鋪滿樣品表面時間推遲時間明顯，霜晶質量也始終最少，霜晶最易清除，證明超疏水納米ZnO有抗結霜效果。
　　(3)基底材

5、料的選擇對 ZnO納米結構的形成及其抗結冰抗結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，對比其抗結冰性可知，當溫度高于-10℃時，銅基樣品抗結冰效果更明顯，而當溫度低于-10℃時，不銹鋼基底抗結冰效果更明顯。即使在銅和不銹鋼基底上超疏水納米 ZnO具有相似結構時，在-5℃、-10℃、-15℃環(huán)境下，二者表面水滴開始結冰消耗的時間也明顯不同。通過綜合對比發(fā)現(xiàn)，銅基底上納米 ZnO的防覆冰抗結霜性能優(yōu)于304