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防覆冰超疏水塗料的研究與進展

      防覆冰超疏水塗料的出現,解決了冰給交通運輸、電力、建築及農業等工業領域帶來許多問題:易導致嚴重的交通事故,使風電葉片運轉困難而影響葉片能量輸出,破壞電線及莊稼,使飛機引擎、輪船和空調係統等停止運行,從而給社會穩定造成了嚴重危害。因此,開展防覆冰技術研究對提高電力係統的安全運行具有重要價值。

      防覆冰技術的開發可追溯到20世紀50年代末期。迄今為止,國內外通常采用的除冰方法主要有塗撒防結冰劑、機械除冰、熱力除冰、自然被動除冰法等。

(1)塗撒防結冰劑:對基材表麵塗撒防結冰劑,目的是降低冰點。防結冰劑一般是液體或鹽類,對土壤有汙染和腐蝕性,隻能臨時塗撒,時效較短。防結冰劑主要用於路麵除冰,並且效果明顯。

(2)機械除冰:采用適當的除冰機械和設施進行除冰。其特點是運行成本低、能耗小,但效率低、操作困難且受天氣和地形等限製,故隻能作為一種應急方法,難以大範圍推廣應用。

(3)熱力除冰:通過附加熱源(或其自身熱源)使材料表麵溫度維持在冰點以上,從而達到防覆冰的目的。該方法效果較明顯,但能耗大、設備投資成本高且使用範圍較小,不適用於遠距離除冰。

(4)自然被動除冰:利用風和自然力的作用,再輔以恰當的人工設備(例如在導線上安裝阻雪環、平衡錘等裝置),使冰不易聚結而自行脫落,從而起到防覆冰的作用。該方法簡單易行、成本低,但在地理環境方麵有一定的局限性,不能全麵徹底防止輸電線路覆冰的危害。

(5)其他除冰方法:如電場(或磁場)除冰、碰撞前顆粒凍結、超聲技術和電暈技術等。

上述防覆冰的方法都存在一定的局限性,本研究將綜述防覆冰超疏水性塗層的相關技術與方法研究,突出以防為主,以方便、高效、節能和經濟為目的,旨在為相關研究提供有效參考。


防覆冰性與超疏水表麵

      大量試驗和理論研究表明:冰的附著減少與超疏水表麵有一定的關聯性,超疏水表麵可以防止過冷水形成冰,具有防覆冰性。超疏水性表麵的特征是高水接觸角(通常>150°)和低接觸角滯後(或液滴滾動角,通常<10°)。超疏水表麵除了具有顯著的疏水性以外,還可減少雪和冰在其表麵的聚集,甚至可以完全防止固體表麵結冰。

      Barthlott等從微觀方麵揭示了荷花“出淤泥而不染”的防塵自潔機製。研究表明:荷葉表麵獨特的表麵微納米結構與化學蠟狀物的完美結合是“荷葉效應”的真正原因。這種獨特結構可形成極大靜態水接觸角和極小水接觸角滯後(或液滴滾動角),這種表麵便於水珠形成,使之輕易滾動並帶走表麵上的汙染物,從而達到自潔的目的。

      納米銀等複合材料超疏水塗料具有防覆冰性。隻要複合材料中納米顆粒的尺寸合適,則其塗料無論是在試驗條件下還是在自然環境中都可有效防止過冷水形成冰。因而為了保證使用效果,超疏水塗料批發也應該認準有資質的廠家。

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