關(guān)于可拉伸性的石墨烯半導(dǎo)體超疏水涂層的研究

機(jī)翼是飛機(jī)的重要組成部分，但在低溫環(huán)境下表面很容易受到積冰的影響。超疏水性涂層是理想的防冰材料，超疏水性材料可以推遲冰晶的形成或降低冰粘附強(qiáng)度，但現(xiàn)有涂層存在機(jī)械性能差、性能參數(shù)自然衰老快等問(wèn)題。

目前的除冰技術(shù)主要分為主動(dòng)除冰法和被動(dòng)除冰法兩類。與主動(dòng)除冰法相比，被動(dòng)法試圖在沒(méi)有額外能 量消耗的情況下防止冰層的積累。一種典型的無(wú)能源消耗方法是構(gòu)造超疏水性表面。超疏水 效應(yīng)的靈感來(lái)自于荷葉。荷葉上的水滴幾乎呈球狀，很容易脫落。因此，超疏水 性涂層被認(rèn)為是理想的防冰材料。

淮[1]等人通過(guò)將納米級(jí)改性石墨烯嵌入彈性體的方案來(lái)模仿荷葉的超疏水特性，將改性石墨烯部分嵌入彈性體的方法制備新型涂層，對(duì)涂層進(jìn)行結(jié)冰、除冰測(cè)試驗(yàn)證涂層主、被動(dòng)防冰的雙重性能。

圖1. 可拉伸超疏水樣品制備流程

制備可拉伸超疏水樣品的示意圖如圖1所示。首先，在基底材料上制備厚度為2 mm的聚二甲基硅氧烷膜（如圖1（a）所示）。制備完畢后，利用噴槍將石墨烯粉末噴涂在Ecoflex薄膜上，如圖1（b）所示。由于重力的作用，在Ecoflex薄膜上的石 墨烯粉末往往會(huì)部分嵌入到Ecoflex薄膜中（如圖1（c）所示）。最后，將涂層在室溫下靜置 24 h后待Ecoflex膜完成固化，即可得到可拉伸超疏水樣品（如圖1（d）所示）。

圖2. 不同應(yīng)變比下疏水性能水滴在石墨烯復(fù)合材料上的應(yīng)變分別為

我們的日常生活中，變形是不可避免的，因?yàn)槲矬w不可避免地受到力的作用。特別是，機(jī)翼在氣流作用下產(chǎn)生變形。在本文中樣品即使在大變形下也保持超疏水性。不同應(yīng)變比下 疏水性能，如同樣2所示，從圖2（a）~圖 2（d）可以看出：隨著應(yīng)變的增加，水滴幾乎保持圓形；從圖2（e）可以看出：隨著應(yīng)變的增加，水的浸潤(rùn)角（CA）逐漸變低，滾動(dòng)角（RA）逐漸變大。然而，在300% 的應(yīng)變下，接觸角仍然高于150°，而RAs仍然低于10°，這表明具有優(yōu)異的超疏水性。進(jìn)一步研究了樣品在循環(huán)拉伸下的穩(wěn)定性，如圖2（f）所 示 ，即使在100%拉伸1000次后，樣品仍保持超疏水性。

圖3. 模擬老化后疏水性能

除了潛在的機(jī)械損傷，超疏水材料在工程實(shí)踐中不可避免地會(huì)遇到腐蝕性液體的侵蝕。在本研究中測(cè)試了超疏水樣品的化學(xué)耐磨性。使用六種液體，分別是3. 5%的氯化鈉水溶液，其酸堿度調(diào)節(jié)至1、4、7、10和14。該試驗(yàn)通過(guò)首先將樣品浸入液體中24 h，然后用水沖洗。模擬老化后疏水性能，即表面潤(rùn)濕性測(cè)量結(jié)果如圖3（c）所示，可以看出：水接觸角均高于150°，滾動(dòng)角均小于10°，顯示出較好的耐磨性。為了進(jìn)一步證明廣泛的適用性，測(cè)試可拉伸超疏水樣品的熱穩(wěn)定性。樣品在200℃下加熱，表面潤(rùn)濕性和加熱時(shí)間之間的關(guān)系如圖3（d）所示。接觸角和滾動(dòng)角的值表明熱處理并沒(méi)有改變超疏水性。因此，這種超疏水樣品具有在高溫環(huán)境中使用的潛力。

參考文獻(xiàn)：

[1]淮繼茹,王鵬,楊夢(mèng)宇.具有可拉伸性的石墨烯半導(dǎo)體超疏水涂層[J/OL].航空工程進(jìn)展:1-9[2024-03-11].