论文部分内容阅读
航空、电力、通信和运输设备表面的结冰现象给人们的生产与生活带来了许多的不便,甚至引起了重大经济损失。因此,如何有效地防止材料表面结冰具有非常重要的意义。如今,由于超疏水材料表面优异的超疏水性能,使得超疏水材料在抗冰领域有着极大的应用潜能。但是超疏水材料的抗冰性能有待提高而且所用超疏水材料表面大多都进行表面改性,材料表面的有机物稳定性较差,导致超疏水材料在抗冰领域的应用受到一定的限制。本文以泡沫镍为基底,在其表面生长具有多孔结构的NiCo2O4纳米材料,构造了具有多孔结构的NiCo2O4/Ni复合材料,利用材料表面束缚气体,实现了材料表面的超疏水与抗冰性能,探究了材料表面静态-动态超疏水与抗冰行为,并对超疏水材料的超疏水与抗水滴结冰的机理进行了研究。受到超疏水表面动态水滴快速弹离的启发,构造了纳米针状钴酸镍/泡沫镍与多孔片状钴酸镍/泡沫镍两种形貌的复合超疏水材料。通过疏水性能测试发现复合超疏水材料的表观接触角>160°,而且7μl的动态水滴能在8 ms左右弹离复合超疏水材料表面,表明复合超疏材料具有优异的动态疏水能力。利用冷台与全低温测试装置探究了复合超疏水材料表面的抗水滴结冰性能。冷台测试中,-10℃温度条件下,纳米针状钴酸镍/泡沫镍与多孔片状状钴酸镍/泡沫镍的延迟水滴结冰时间分别为5600 s、12600 s;-15℃条件下,纳米针状钴酸镍/泡沫镍与多孔片状钴酸镍/泡沫镍的延迟水滴结冰时间分别为840 s、3840 s;全低温环境测试中,-10℃条件下,纳米针状钴酸镍/泡沫镍与多孔片状钴酸镍/泡沫镍的延迟水滴结冰时间分别达到1.5 h、5 h;-15℃条件下,纳米针状钴酸镍/泡沫镍与多孔片状钴酸镍/泡沫镍的延迟水滴结冰时间分别为0.25 h、1 h。结果表明复合超疏水材料在低温下表现出优异的延迟水滴结冰的性能,而其中多孔片状钴酸镍与泡沫镍复合材料的抗冰性能更加优异。随后探究了水滴撞击低温下复合超疏水材料表面的动态行为,结果显示动态液滴能够在12 ms左右弹离超疏水表面,动态撞击液滴的固液接触时间远远小于同温度条件下液滴结冰的延迟时间,呈现出较高的动态液滴防结冰性能。通过一系列的表征（XRD、SEM、TEM、BET、XPS）,对复合超疏水材料的超疏水与抗结冰机理进行了初步研究。发现钴酸镍/泡沫镍复合结构中的微米结构具有连续三维孔状骨架,而其表面的钴酸镍纳米材料具有大的比表面积、大量中孔以及丰富的氧缺陷等结构特点。这些结构特点使得复合超疏水材料能比较稳定的束缚空气,进而在材料表面形成一层薄薄的“气垫”,降低了材料表面的自由能,同时也降低材料表面的传热效率,起到一定的绝热作用,使得复合超疏水材料表现出优异的疏水与抗冰性能。