本發(fā)明涉及防覆冰材料，特別地涉及一種快速自驅(qū)動(dòng)防覆冰材料及制備方法。

背景技術(shù)：

1、低溫環(huán)境下表面的結(jié)冰問(wèn)題廣泛涉及到鐵路運(yùn)輸、航空航天、風(fēng)力和光伏發(fā)電、通信等重要工業(yè)領(lǐng)域，對(duì)人類(lèi)的社會(huì)生產(chǎn)和生活造成嚴(yán)重危害。表面覆冰不僅會(huì)降低設(shè)備或器件的運(yùn)行性能和效率，嚴(yán)重時(shí)還將威脅到人們的生命和財(cái)產(chǎn)安全。考慮到能源、人力、環(huán)境各個(gè)方面的綜合因素，無(wú)需能耗且自發(fā)除冰的防冰方式(即被動(dòng)防冰)引起了研究人員的廣泛關(guān)注。

2、具有超疏水結(jié)構(gòu)的防冰表面和超滑防冰材料得到了大力發(fā)展。超滑表面的防冰材料通常是在基底材料表面以物理或化學(xué)的方式(覆蓋或接枝)使其表面具有良好流動(dòng)性的潤(rùn)滑層，以此降低冰黏附強(qiáng)度。但是無(wú)論哪種方式形成的潤(rùn)滑層，都無(wú)法避免的潤(rùn)滑層消耗殆盡或是表面黏附灰塵等問(wèn)題。具有復(fù)雜結(jié)構(gòu)的超疏水表面，在某些特定實(shí)驗(yàn)條件下能后展現(xiàn)出良好的防冰性能。然而，當(dāng)超疏水結(jié)構(gòu)表面被長(zhǎng)時(shí)間的置于低溫高濕的環(huán)境下，其結(jié)構(gòu)將由于冷凝作用而失去其特性。

3、降低材料的模量是一個(gè)降低冰黏附強(qiáng)度有效方式。但是當(dāng)去除低模量表面的冰時(shí)，由于冰-固界面無(wú)法徹底快速的斷裂，將發(fā)生黏-滑運(yùn)動(dòng)。即冰沿著施加力的方向，在材料表面不斷滑行，冰-固界面有氣穴傳播(schallamach?waves)。冰積物的滑動(dòng)并不能保證冰積物能夠快速的徹底脫離表面(即完全的界面空化)，這將造成更多的能量消耗，更不利于大面積除冰。另一方面，過(guò)低的模量使得材料的機(jī)械性能較低，不利于材料的持久性。

4、因此，兼具低冰黏附強(qiáng)度和快速界面空化(冰-材料界面完全被空氣取代)成為實(shí)現(xiàn)大面積快速除覆冰的關(guān)鍵特性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)中的問(wèn)題，本申請(qǐng)?zhí)岢隽艘环N快速自驅(qū)動(dòng)防覆冰材料及制備方法，包括至少兩種材料形成的模量失配結(jié)構(gòu)，模量失配結(jié)構(gòu)的模量跨度沿z軸方向或與z軸成一定角度；快速自驅(qū)動(dòng)防冰覆材料表面具有微結(jié)構(gòu)，模量失配結(jié)構(gòu)和表面微結(jié)構(gòu)的協(xié)同作用。

2、優(yōu)選地，模量失配結(jié)構(gòu)為沿z軸方向分布的高模量材料與低模量材料結(jié)構(gòu)。

3、優(yōu)選地，微結(jié)構(gòu)是微米尺度或納米尺度的，連續(xù)或非連續(xù)的，各項(xiàng)同性或各項(xiàng)異性的褶皺、微柱、溝槽、魚(yú)鱗紋凸起、倒金字塔或倒三角凸起。

4、優(yōu)選地，模量失配結(jié)構(gòu)包括第一模量材料和第二模量材料，第一模量材料的彈性模量和所述第二模量材料的彈性模量不相等，從而形成第一模量材料和第二模量材料在某一方向上的模量斷裂式突變。

5、優(yōu)選地，第一模量材料的彈性模量和第二模量材料的彈性模量的差值范圍為0.04mpa-3.6gpa。

6、優(yōu)選地，第一模量材料為金屬或金屬氧化物材料、玻璃、硅基底或高分子聚合物有機(jī)材料。

7、一種快速自驅(qū)動(dòng)防覆冰材料的制備方法，包括以下步驟：

8、步驟1：制備第一模量材料的基底片層或膜材料，將模量較低的第一模量材料以旋涂、噴涂、澆鑄、鋪膜、輥涂方式制成基底片層或膜材料；

9、步驟2：將模量較高的第二模量材料通過(guò)能夠引起第一模量材料發(fā)生熱失穩(wěn)的方式制備；由于第一模量材料失穩(wěn)發(fā)生形變，當(dāng)施加條件卸除后，二者由于模量不同造成收縮不匹配導(dǎo)致表面微結(jié)構(gòu)。

10、優(yōu)選地，步驟1包括：

11、步驟11a：根據(jù)設(shè)計(jì)的圖案制作帶有微結(jié)構(gòu)的模板；

12、步驟12a：將第一模量材料的前驅(qū)體注入模具中，固化脫模后形成帶有微結(jié)構(gòu)的第一模量材料基底。

13、優(yōu)選地，步驟2還包括：步驟21：通過(guò)沉積、噴涂或鋪膜的方式將第二模量材料覆蓋于第一模量材料基底之上。

14、優(yōu)選地，步驟1還包括：

15、步驟11b：根據(jù)設(shè)計(jì)的圖案制作帶有微結(jié)構(gòu)的模板；

16、步驟12b：通過(guò)熱壓印方式，在第一模量材料薄膜上形成微結(jié)構(gòu)。

17、上述技術(shù)特征可以各種適合的方式組合或由等效的技術(shù)特征來(lái)替代，只要能夠達(dá)到本發(fā)明的目的。

18、本發(fā)明提供的一種快速自驅(qū)動(dòng)防覆冰材料及制備方法，與現(xiàn)有技術(shù)相比，至少具備有以下有益效果：

19、1、本發(fā)明的可實(shí)現(xiàn)大面積快速除冰的自驅(qū)動(dòng)防覆冰材料可在冰重力作用或風(fēng)力作用下，零耗能去除冰積物；

20、2、本發(fā)明的可實(shí)現(xiàn)大面積快速除冰的自驅(qū)動(dòng)防覆冰材料可在短時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)大面積冰積物的完全去除；

21、3、本發(fā)明的可實(shí)現(xiàn)大面積快速除冰的自驅(qū)動(dòng)防覆冰材料基于其性質(zhì)(不依靠潤(rùn)滑劑)而具有優(yōu)異持久的防冰性能；

22、4、本發(fā)明的可實(shí)現(xiàn)大面積快速除冰的自驅(qū)動(dòng)防覆冰材料制備方法快捷簡(jiǎn)單，可選擇的原料范圍廣泛，可實(shí)現(xiàn)大規(guī)模生成；

23、5、本發(fā)明的可實(shí)現(xiàn)大面積快速除冰的自驅(qū)動(dòng)防覆冰材料具有多種可調(diào)控因素，可滿(mǎn)足不同應(yīng)用場(chǎng)景的需求。

24、6、本發(fā)明的可實(shí)現(xiàn)大面積快速除冰的自驅(qū)動(dòng)防覆冰材料可在多種結(jié)冰環(huán)境(結(jié)冰方式、溫度、濕度等)下，保持優(yōu)異的防覆冰性能。

技術(shù)特征：

1.一種快速自驅(qū)動(dòng)防覆冰材料及制備方法，其特征在于，包括至少兩種材料形成的模量失配結(jié)構(gòu)，模量失配結(jié)構(gòu)的模量跨度沿z軸方向或與z軸成一定角度；快速自驅(qū)動(dòng)防冰覆材料表面具有微結(jié)構(gòu)，模量失配結(jié)構(gòu)和表面微結(jié)構(gòu)的協(xié)同作用。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的快速自驅(qū)動(dòng)防覆冰材料及制備方法，其特征在于，模量失配結(jié)構(gòu)為沿z軸方向分布的高模量材料與低模量材料結(jié)構(gòu)。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的快速自驅(qū)動(dòng)防覆冰材料及制備方法，其特征在于，微結(jié)構(gòu)是微米尺度或納米尺度的，連續(xù)或非連續(xù)的，各項(xiàng)同性或各項(xiàng)異性的褶皺、微柱、溝槽、魚(yú)鱗紋凸起、倒金字塔或倒三角凸起。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的快速自驅(qū)動(dòng)防覆冰材料及制備方法，其特征在于，模量失配結(jié)構(gòu)包括第一模量材料和第二模量材料，第一模量材料的彈性模量和所述第二模量材料的彈性模量不相等，從而形成第一模量材料和第二模量材料在某一方向上的模量斷裂式突變。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的快速自驅(qū)動(dòng)防覆冰材料及制備方法，其特征在于，第一模量材料的彈性模量和第二模量材料的彈性模量的差值范圍為0.04mpa-3.6gpa。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的快速自驅(qū)動(dòng)防覆冰材料及制備方法，其特征在于，第一模量材料為金屬或金屬氧化物材料、玻璃、硅基底或高分子聚合物有機(jī)材料。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的快速自驅(qū)動(dòng)防覆冰材料的制備方法，其特征在于，步驟1：制備第一模量材料的基底片層或膜材料，將模量較低的第一模量材料以旋涂、噴涂、澆鑄、鋪膜、輥涂方式制成基底片層或膜材料；

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的制備方法，其特征在于，步驟1包括：

9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的制備方法，其特征在于，步驟2還包括：步驟21：通過(guò)沉積、噴涂或鋪膜的方式將第二模量材料覆蓋于第一模量材料基底之上。

10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的制備方法，其特征在于，步驟1還包括：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提供了一種快速自驅(qū)動(dòng)防覆冰材料及制備方法，包括至少兩種材料形成的模量跨度，垂直于基底方向?yàn)閆軸，沿Z軸方向分布的上“硬(高模量材料)”下“軟(低模量材料)”結(jié)構(gòu)；所述大面積快速自驅(qū)動(dòng)防冰覆材料表面具有微結(jié)構(gòu)(微米尺度或納米尺度的，連續(xù)或非連續(xù)的，各項(xiàng)同性或各項(xiàng)異性的褶皺、微柱、溝槽、倒三角凸起等)。表面具有各向同性的連續(xù)褶皺結(jié)構(gòu)(圖靈紋)，且Z軸方向上具有模量跨度(上“硬”下“軟”)。該類(lèi)材料無(wú)需依賴(lài)潤(rùn)滑層即可實(shí)現(xiàn)零耗能(僅在冰積物自身重力或風(fēng)力作用下)除冰。

技術(shù)研發(fā)人員：鄧旭,楊金龍,楊邱程,王德輝
受保護(hù)的技術(shù)使用者：電子科技大學(xué)（深圳）高等研究院
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/6