戶外基礎(chǔ)設(shè)施表面的防冰涂料極易受到機(jī)械損傷,這不僅會(huì)造成涂料的“失效”,甚至還會(huì)加速表面結(jié)冰、增加除冰難度。具有自主愈合功能的防冰涂料可以有效延長(zhǎng)涂料的使用壽命并保持其防冰性能。然而,防冰涂料的應(yīng)用環(huán)境是復(fù)雜多樣的,在一些極端環(huán)境(如冰凍天氣、酸雨等)下,涂料的自愈合性能面臨著挑戰(zhàn),因此開發(fā)出在各種極端環(huán)境下依然實(shí)現(xiàn)自愈合的防冰涂料是一項(xiàng)重大挑戰(zhàn)。
近日,天津大學(xué)化工學(xué)院張雷、楊靜團(tuán)隊(duì)在國際知名期刊《Small》 (IF=15.153)上發(fā)表了題為“An Extreme-Environment-Resistant Self-Healing Anti-Icing Coating”的研究論文。天津大學(xué)化工學(xué)院碩士研究生李瑞琪和博士研究生田澍為論文的共同第一作者。張雷教授和楊靜副教授為通訊作者,合作單位為濱州魏橋國科高等技術(shù)研究院,該研究得到了國家自然科學(xué)基金和天津自然科學(xué)基金的支持。
圖1 自愈合防冰涂料的設(shè)計(jì)
圖2 自愈合涂料防冰機(jī)制
圖3 自愈合涂料的防結(jié)冰、除冰性能
圖4 涂料在不同環(huán)境下的自主自愈合性能
此外,涂料表面損傷會(huì)促進(jìn)結(jié)冰并通過與冰之間的“互鎖結(jié)構(gòu)”導(dǎo)致難除冰。該工作進(jìn)一步研究了涂料自修復(fù)后的防結(jié)冰/除冰性能。結(jié)果顯示,相較于未損傷的自愈合涂料,愈合后的涂料成核溫度(-27.5℃)、冰剪切強(qiáng)度(50.2 kPa)等防冰、除冰性能均恢復(fù)良好。經(jīng)過10次損傷/愈合循環(huán)后,仍保持良好的除冰性能,如圖5。
圖5 SHF1損傷及愈合后的防結(jié)冰、除冰性能
圖6 本工作涂料與國際上報(bào)道的自愈合防冰涂料性能對(duì)比
論文信息:
An Extreme-Environment-Resistant Self-healing Anti-icing Coating
Ruiqi Li #, Shu Tian#, Yunqing Tian, Jiancheng Wang, Sijia Xu, Kai Yang, Jing Yang* and Lei Zhang*
Small 2022. DOI:10.1002/smll.202206075
全文鏈接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/smll.202206075
通訊作者簡(jiǎn)介
張雷,天津大學(xué)化工學(xué)院生物化工系教授、系主任、博士生導(dǎo)師,國家自然科學(xué)基金優(yōu)秀青年基金獲得者。主要研究方向包括生物化工與合成生物學(xué)、低溫保護(hù)、功能材料、海洋涂料等。已在Nature Biotechnology, Nature Communications, JACS, Angew, Chemical Reviews, AIChE Journal, CES, Research, Engineering等期刊發(fā)表論文100多篇。
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