科研進(jìn)展
重慶研究院在工程性自清潔表面空穴氣體抑制結(jié)冰方面取得研究進(jìn)展
時(shí)間：2016-10-20編輯：智能所表面功能材料及工程研發(fā)中心
近日，中科院重慶研究院羅荘竹研究員帶領(lǐng)的研究團(tuán)隊(duì)與中科院蘭州化物所劉維民院士團(tuán)隊(duì)聯(lián)合攻關(guān)，首次提出“空穴氣體對(duì)流紊動(dòng)抑制結(jié)冰理論模型”，從空穴氣體靜態(tài)和動(dòng)態(tài)兩方面揭示了多孔自清潔表面抑制結(jié)冰的作用機(jī)制。研究成果發(fā)表在《ACS Applied Materials & Interfaces》上（DOI:10.1021/acsami.6b10165）。
仿生超疏水自清潔涂層是表面工程領(lǐng)域的前沿課題，在電力、通信等領(lǐng)域防結(jié)/覆冰雪方面顯示出重要的工程應(yīng)用前景。然而，超疏水涂層于實(shí)際工程應(yīng)用卻遭遇“瓶頸”期，其主要原因是超疏水涂層抑制結(jié)冰的內(nèi)在機(jī)理不明。該研究成果闡釋了降溫結(jié)冰過程中，貯藏于自清潔涂層微-納米孔隙里溫暖的空穴氣體緩慢逸出，與水珠周圍冷空氣進(jìn)行傳熱傳質(zhì)對(duì)流作用，導(dǎo)致水珠-氣體體系中水珠的吉布斯自由能（結(jié)冰形核勢壘）增大，引起顯著的結(jié)冰延遲/滯后。上述理論模型將為工程性自清潔防結(jié)冰涂層的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供理論指導(dǎo)。
近五年來，表面功能材料及工程研發(fā)中心研究人員在工程性自清潔防結(jié)冰涂層方面取得了系列進(jìn)展。受自然界荷葉表面“自清潔”特性的啟發(fā)，該研究團(tuán)隊(duì)利用傳統(tǒng)涂層固化工藝（一步法）可控構(gòu)筑出多種有序聚合物納米纖維織構(gòu)化自清潔涂層（ZL201310568070.2），并揭示了宏觀外力和微觀內(nèi)力干擾高分子結(jié)晶過程獲得有序聚合物納米纖維的機(jī)理（Nanoscale research letters, 2014, 9(1): 1-10）。由于防冰凍工程應(yīng)用必須面臨苛刻的自然環(huán)境條件，研究人員系統(tǒng)揭示了高低溫交變、太陽光照射、酸雨、冰雪覆蓋等對(duì)超疏水涂層長期有效性的影響（Journal of Polymer Research, 2014, 21(5): 1-9）。針對(duì)目前國內(nèi)外模擬結(jié)冰測試手段匱乏、與實(shí)際凍雨結(jié)冰環(huán)境差異較大的問題，該研究團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新性地研制了“多因素凍雨結(jié)冰模擬測試系統(tǒng)”，并建立起“多因素凍雨環(huán)境”、“結(jié)冰行為動(dòng)態(tài)跟蹤”及“覆冰粘附力在線監(jiān)測”動(dòng)態(tài)在線協(xié)同測試方法（Mechanics in Engineering, 2015, 37(3): 367-371; China Surface Engineering, 2016, 29(4): 10-22）。此外，在工程應(yīng)用示范方面，自清潔涂層改性鋼管（模擬輸電導(dǎo)線）在“模擬凍雨”環(huán)境下掛冰率減小約60%以上；超疏水涂層改性鋼板（模擬測速雷達(dá)天線罩）在高鐵動(dòng)車試車考核下，其冰瘤/冰塊易整體脫附，顯示出良好的工程防冰/除冰應(yīng)用前景。
上述研究工作得到了國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（51575504、51605466）、重慶市科技攻關(guān)重大項(xiàng)目（cstc2011ggC50003）及中科院“西部之光”人才計(jì)劃重點(diǎn)項(xiàng)目（3ZR12BH010）等項(xiàng)目的資助及支持。
文章鏈接：http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acsami.6b10165
自清潔涂層空穴氣體紊動(dòng)抑制結(jié)冰理論模型
工程性自清潔涂層抗凍雨結(jié)冰性能顯著
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