[發明專利]黏彈性疏冰表面

有效

• 申請號: 201880076265.6
• 申請日: 2018-10-15
• 公開（公告）號: CN111406021B
• 公開（公告）日: 2023-09-22
• 發明（設計）人: H·加塞米;P·伊拉基扎德;A·阿爾-巴亞提
• 申請（專利權）人: 休斯敦大學系統
• 主分類號: B64D15/00
• 分類號: B64D15/00;C09K3/18;C09D5/00
• 代理公司: 北京世峰知識產權代理有限公司 11713
• 代理人: 康健;王思琪

本公開的黏彈性疏冰表面包括分散在彈性體基體中的有機凝膠顆粒珠。這些表面對冰形成具有高度的排斥性，易于使用且具有成本效益，并且對于惡劣的戶外應用具有長期的耐久性。

背景技術

本申請要求于2017年10月16日提交的名稱為“Nano-Viscoelastic?Anti-IcingSurfaces(納米黏彈性防冰表面)”的美國臨時專利申請No.62/572,708的優先權，其全部內容通過引用合并于此。

本公開涉及疏冰(ice?phobic)以及柔性、耐用的并且可用于多種應用的防冰(anti-icing)表面。

防冰表面在包括基礎設施和能源系統在內的廣泛系統中起著至關重要的作用。在寒冷氣候和冬季暴風雨期間，缺少這些表面會導致電力系統(例如，發電塔、發電站和電力線)、運輸系統(例如，航空業和遠洋船舶)和能源系統(例如家用和大型發電廠)發生災難性故障。據勞倫斯·伯克利實驗室(Lawrence?Berkeley?Laboratory)，冰暴占美國電力傳輸中斷的10％。每年的經濟損失約為30-50億美元。除了經濟損失之外，每個冬天，美國大約有300萬人遭受冰暴造成的電力損失。結冰可導致電線桿和發電塔倒塌以及導線破裂。在航空業中，航空器結冰會導致阻力增加和升力損失，從而可能導致災難性事件。冷卻系統結冰會大大降低傳熱速率，并導致這些系統的運行效率低下。

疏冰表面的主要品質因數是較低的冷凍溫度、較低的積冰率和較低的冰黏附力。此外，這些表面的長期耐久性是另一個關鍵因素。已經開發出多種產品(例如超疏水性表面、非潤濕性表面、浸液性表面和水合表面)以減少或防止冰積累。然而，冰黏附強度(約20-100kPa)高和隨后的積冰、長期機械和環境耐久性低以及生產成本高，已經限制了它們的應用。

發明概述

本公開總體上涉及疏冰的表面。特別是，疏冰表面是在應用中可噴涂的、柔性的、耐用的且通用的納米黏彈性表面。納米黏彈性表面具有前所未有的防冰特性，成本低，并且能夠抗高剪切流。

通常，可以通過以下方式制備本發明的納米黏彈性表面：(1)形成(develop)硅基有機凝膠顆粒珠；(2)將顆粒珠與表面活性劑混合并將混合物壓碎以減少聚集；(3)由合適類型的彈性體，例如硅氧烷彈性體，單獨制備具有高剪切模量的彈性體基體(matrix)，用作所形成的凝膠珠的主體(host)，(4)將步驟(2)中制備的所形成的有機凝膠顆粒珠并入到制備的彈性體基體中，以及(5)將最終混合物施加到任何表面上并使混合物在室溫下固化，以獲得最終的納米黏彈性疏冰表面。

納米黏彈性防冰表面在高剪切流以及高低溫下是穩定的。這些表面表現出增強的防冰特性，并在惡劣的戶外應用中具有長期耐久性。一種稱為應力局部化的新物理概念對本發明疏冰表面的效力做出貢獻，該疏冰表面具有出色的機械、化學和環境耐久性。應力局部化的概念將冰在這些材料上的黏附力降低了一個數量級，并且比以前研究的表面改性方法更有效。應力局部化是體積現象(volumetric?phenomenon)，即使在長時間使用這些材料后也仍然有效。而且，疏冰材料不會影響機翼的空氣動力特性，從而為航空航天應用提供了有希望的解決方案。

附圖簡要描述

圖1A示出了冰從具有疏冰涂層的材料上脫離的示意圖。

圖1B示出了本文所述優選實施方案的應力局部化疏冰涂層的示意圖。

圖1C示出了本文所述優選實施方案的應力局部化疏冰涂層的彈性模量的表面圖。

圖1D示出了本文所述優選實施方案的應力局部化疏冰涂層中II相坐標處裂紋的形成和冰脫離的示意圖。

圖2示出了本文所述優選實施方案制備的納米黏彈性防冰表面的示意圖。

圖3顯示了浸入溶劑前后樣品納米黏彈性表面的圖像，比例尺為10mm。

圖4示出了1000輪磨耗試驗前后樣品納米黏彈性表面的圖像，比例尺為10mm。