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

背景技術：

1、低溫環(huán)境下表面的結冰問題廣泛涉及到鐵路運輸、航空航天、風力和光伏發(fā)電、通信等重要工業(yè)領域，對人類的社會生產(chǎn)和生活造成嚴重危害。表面覆冰不僅會降低設備或器件的運行性能和效率，嚴重時還將威脅到人們的生命和財產(chǎn)安全?？紤]到能源、人力、環(huán)境各個方面的綜合因素，無需能耗且自發(fā)除冰的防冰方式(即被動防冰)引起了研究人員的廣泛關注。

2、具有超疏水結構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的方式(覆蓋或接枝)使其表面具有良好流動性的潤滑層，以此降低冰黏附強度。但是無論哪種方式形成的潤滑層，都無法避免的潤滑層消耗殆盡或是表面黏附灰塵等問題。具有復雜結構的超疏水表面，在某些特定實驗條件下能后展現(xiàn)出良好的防冰性能。然而，當超疏水結構表面被長時間的置于低溫高濕的環(huán)境下，其結構將由于冷凝作用而失去其特性。

3、降低材料的模量是一個降低冰黏附強度有效方式。但是當去除低模量表面的冰時，由于冰-固界面無法徹底快速的斷裂，將發(fā)生黏-滑運動。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，過低的模量使得材料的機械性能較低，不利于材料的持久性。

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

技術實現(xiàn)思路

1、針對上述現(xiàn)有技術中的問題，本申請?zhí)岢隽艘环N快速自驅(qū)動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構，模量失配結構的模量跨度沿z軸方向或與z軸成一定角度；快速自驅(qū)動防冰覆材料表面具有微結構，模量失配結構和表面微結構的協(xié)同作用。

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

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

4、優(yōu)選地，模量失配結構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材料。

7、一種快速自驅(qū)動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，當施加條件卸除后，二者由于模量不同造成收縮不匹配導致表面微結構。

10、優(yōu)選地，步驟1包括：

11、步驟11a：根據(jù)設計的圖案制作帶有微結構的模板；

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構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)設計的圖案制作帶有微結構的模板；

16、步驟12b：通過熱壓印方式，在第一模量材料薄膜上形成微結構。

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

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

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

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

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

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

23、5、本發(fā)明的可實現(xiàn)大面積快速除冰的自驅(qū)動防覆冰材料具有多種可調(diào)控因素，可滿足不同應用場景的需求。

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

技術特征：

1.一種快速自驅(qū)動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構，模量失配結構的模量跨度沿z軸方向或與z軸成一定角度；快速自驅(qū)動防冰覆材料表面具有微結構，模量失配結構和表面微結構的協(xié)同作用。

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

3.根據(jù)權利要求1所述的快速自驅(qū)動防覆冰材料及制備方法，其特征在于，微結構是微米尺度或納米尺度的，連續(xù)或非連續(xù)的，各項同性或各項異性的褶皺、微柱、溝槽、魚鱗紋凸起、倒金字塔或倒三角凸起。

4.根據(jù)權利要求1所述的快速自驅(qū)動防覆冰材料及制備方法，其特征在于，模量失配結構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)權利要求4所述的快速自驅(qū)動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)權利要求5所述的快速自驅(qū)動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材料。

7.根據(jù)權利要求1所述的快速自驅(qū)動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)權利要求7所述的制備方法，其特征在于，步驟1還包括：

技術總結
本發(fā)明提供了一種快速自驅(qū)動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，垂直于基底方向為Z軸，沿Z軸方向分布的上“硬(高模量材料)”下“軟(低模量材料)”結構；所述大面積快速自驅(qū)動防冰覆材料表面具有微結構(微米尺度或納米尺度的，連續(xù)或非連續(xù)的，各項同性或各項異性的褶皺、微柱、溝槽、倒三角凸起等)。表面具有各向同性的連續(xù)褶皺結構(圖靈紋)，且Z軸方向上具有模量跨度(上“硬”下“軟”)。該類材料無需依賴潤滑層即可實現(xiàn)零耗能(僅在冰積物自身重力或風力作用下)除冰。

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