一种环保型具有高效光热转换的超疏水抗冰除冰材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开一种环保型具有高效光热转换的超疏水抗冰除冰材料及其制备方法，该环保型具有高效光热转换的超疏水抗冰除冰材料将具有光热响应的二维片层材料和具有光热响应的纳米粒子通过梯度还原的原位作用紧密结合在一起，具有光热增强效应；通过机械加工将基材的表面加工成微米尺寸的三维柱状阵列结构，将环保型具有高效光热转换的超疏水抗冰除冰材料与疏水改性剂一起涂覆在具有三维柱状阵列结构的基材表面上时，通过涂层的疏水性和柱状阵列微结构的多重反射促进光吸收后进行的光热转化，实现材料优异的光热响应温度，除冰效果得到提升，能够同时满足被动防冰防霜和主动除冰除霜的要求。除冰除霜的要求。除冰除霜的要求。

【技术实现步骤摘要】
一种环保型具有高效光热转换的超疏水抗冰除冰材料及其制备方法


[0001]本专利技术属于光热超疏水材料
，具体涉及一种环保型具有高效光热转换的超疏水抗冰除冰材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]户外基础设施如通信设备、电力输运线路、交通设施、风机叶片和飞行设备等表面结冰结霜轻则影响设施设备的正常使用,重则造成严重的系统性瘫痪和安全事故和隐患。为了去除设备或者装备表面的覆冰覆霜，多种主动式的除冰方法被广泛使用，如机械除冰、化学除冰、电热除冰等除冰技术。但这些主动式的除冰方法在使用的过程中暴露出很多缺点，如低效率、高能耗、污染环境、作业危险等。近年来，若干种具有被动防结冰表面的材料被各国研究学者陆续地开发和报道，包括超疏水表面材料，防冻表面材料和滑动表面材料。其中由于防冰效果十分突出且易实现规模化生产，超疏水表面材料获得了极大地关注。
[0003]目前，超疏水表面的制备从疏水原理的角度出发，主要的制备思路是改变表面的粗糙度和降低表面能。中国专利CN114058224A公开了一种光热响应超疏水防冰复合涂层及其制备方法。该制备方法首先将硅橡胶涂敷在基材表面，然后将微米级粒子与纳米级粒子分散在溶剂中并加入分散剂得到均匀的分散液，将分散液用喷枪喷涂在基板得到涂层，最后经过热处理及氟化处理得到稳定的光热响应超疏水防冰复合涂层。显然，这种制备技术疏水源由含氟聚合物提供，不符合绿色环保的理念。
[0004]考虑到使用含氟化合物可能会造成严重的环境和健康影响，越来越多的研究学者采用无氟的疏水材料开发超疏水表面材料，但是超疏水表面材料应用领域没有涉及到防冰除冰领域。因此，在环保型防冰除冰涂层的开发中，采用无氟材料构建超疏水表面，达到被动抗冰的效果，这方面的技术还不够成熟，防冰与除冰的效果不佳。

技术实现思路

[0005]为了克服现有技术的不足，本专利技术的第一个目的在于提供一种环保型具有高效光热转换的超疏水抗冰除冰材料的制备方法，通过梯度原位还原反应将光热响应粒子与二维M
n+1
X
n
T
x
纳米片紧紧地结合后，再与疏水改性剂交联反应，得到具有光热特性的超疏水材料；本专利技术不使用含氟的疏水材料，通过梯度原位还原反应，光热粒子能够大小均一的均匀分布在MXene表面，促进了光热转化；并与疏水改性剂交联后粘合在一起，具有优异的疏水性能。
[0006]本专利技术的第二个目的是为了提供一种超疏水抗冰除冰材料，该环保型具有高效光热转换的超疏水抗冰除冰材料形成的疏水表面，在阳光的加持下能够提高材料的光热温度，同时满足被动防冰防霜和主动除冰除霜的要求。
[0007]本专利技术的第三个目的是为了提供一种超疏水抗冰除冰材料的制备方法。
[0008]实现本专利技术的目的之一可以通过采取如下技术方案达到：
[0009]一种环保型具有高效光热转换的超疏水抗冰除冰材料的制备方法，包括以下制备步骤：
[0010]步骤S1：光热响应粒子在还原剂的作用下经反应结合到二维M
n+1
X
n
T
x
纳米片上，得到复合光热填料；所述还原剂包括第一还原剂和第二还原剂；
[0011]步骤S2：将疏水改性剂和交联剂混合，然后加入步骤S1的复合光热填料后加入第一溶剂进行混合，得到所述环保型具有高效光热转换的超疏水抗冰除冰材料。
[0012]进一步的，步骤S1具体为：二维M
n+1
X
n
T
x
纳米片与光热响应粒子的前驱体在第二溶剂中混合后，依次加入pH调节剂、表面活性剂、第一还原剂和第二还原剂进行反应，分离反应产物得到复合光热填料。
[0013]进一步的，反应的条件为：反应温度为60～80℃，反应时间为0.5～1h，pH为8～11。
[0014]进一步的，所述二维M
n+1
X
n
T
x
纳米片为Ti2C纳米片、Ti3C2纳米片、Ti3CN纳米片、V2C纳米片、Nb2C纳米片、TiNbC纳米片、Nb4C3纳米片、Ta4C3纳米片、(Ti
0.5
Nb
0.5
)2C纳米片或(V
0.5
Cr
0.5
)3C2纳米片中的一种或两种以上的组合物。
[0015]进一步的，所述光热响应粒子为VIII族过渡金属元素；所述光热响应粒子的前驱体为VIII族过渡金属元素的氯化物、硫酸盐及其水合物中的一种或两种以上的组合物；优选的，所述光热响应粒子为钴或镍中的一种或两种的组合物；进一步优选的，所述光热响应粒子的前驱体为氯化镍及其水合物、氯化钴及其水合物、硫酸镍及其水合物、硫酸钴及其水合物中的中的一种或两种以上的组合物。
[0016]进一步的，二维M
n+1
X
n
T
x
纳米片与光热响应粒子的质量比为1：(0.5～2)。
[0017]进一步的，所述第一还原剂为水合肼，所述第二还原剂为次磷酸钠。
[0018]进一步的，光热响应粒子、第一还原剂、第二还原剂的物质的量之比为(1～2):(2.5～5):(0.4～1)。
[0019]进一步的，所述第一溶剂为正己烷、二氯甲烷或四氢呋喃中的一种或两种以上的组合物。
[0020]进一步的，步骤S2中，疏水改性剂与交联剂的质量比为(15～5)：1。
[0021]进一步的，步骤S1的复合光热填料的质量与疏水改性剂的质量比为1：(0.8～1.5)。
[0022]进一步的，疏水改性剂与第一溶剂的质量体积比为1g：(5～20)mL。
[0023]进一步的，所述第二溶剂为醇；优选的，所述第二溶剂为乙二醇。
[0024]进一步的，所述pH调节剂为碱溶液；优选的，所述pH调节剂为氢氧化钠。
[0025]进一步的，所述表面活性剂为十二烷基磺酸钠。
[0026]进一步的，表面活性剂与二维M
n+1
X
n
T
x
纳米片的质量比为1：(5～20)。
[0027]实现本专利技术的目的之二可以通过采取如下技术方案达到：
[0028]一种超疏水抗冰除冰材料，包括基材和涂敷在基材表面的上述任一所述的环保型具有高效光热转换的超疏水抗冰除冰材料的制备方法制备得到的环保型具有高效光热转换的超疏水抗冰除冰材料。
[0029]进一步的，所述基材为金属基材，所述金属基材的表面加工成阵列结构。
[0030]进一步的，所述阵列结构为阵列柱结构；阵列柱尺寸为长0.13
‑
0.20mm，宽0.13
‑
0.20mm，高0.10
‑
0.30mm，阵列间距为0.15
‑
0.30mm。
[0031]实现本专利技术的目的之三可以通过采取如下技术方案达到：
[0032]一种超疏水抗冰除冰材料的制备方法，包括本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种环保型具有高效光热转换的超疏水抗冰除冰材料的制备方法，其特征在于，包括以下制备步骤：步骤S1：光热响应粒子在还原剂的作用下经反应结合到二维M
n+1
X
n
T
x
纳米片上，得到复合光热填料；所述还原剂包括第一还原剂和第二还原剂；步骤S2：将疏水改性剂和交联剂混合，然后加入步骤S1的复合光热填料后加入第一溶剂进行混合，得到所述环保型具有高效光热转换的超疏水抗冰除冰材料。2.根据权利要求1所述的环保型具有高效光热转换的超疏水抗冰除冰材料的制备方法，其特征在于，步骤S1具体为：二维M
n+1
X
n
T
x
纳米片与光热响应粒子的前驱体在第二溶剂中混合后，依次加入pH调节剂、表面活性剂、第一还原剂、第二还原剂进行反应，分离反应产物得到复合光热填料；反应的条件为：反应温度为60～80℃，反应时间为0.5～1h，pH为8～11。3.根据权利要求1或2所述的环保型具有高效光热转换的超疏水抗冰除冰材料的制备方法，其特征在于，所述二维M
n+1
X
n
T
x
纳米片为Ti2C纳米片、Ti3C2纳米片、Ti3CN纳米片、V2C纳米片、Nb2C纳米片、TiNbC纳米片、Nb4C3纳米片、Ta4C3纳米片、(Ti
0.5
Nb
0.5
)2C纳米片或(V
0.5
Cr
0.5
)3C2纳米片中的一种或两种以上的组合物；所述光热响应粒子为VIII族过渡金属元素；所述光热响应粒子的前驱体为VIII族过渡金属元素的氯化物、硫酸盐及其水合物中的一种或两种以上的组合物；二维M
n+1
X
n
T
x
纳米片与光热响应粒子的质量比为1：(...

【专利技术属性】
技术研发人员：郝志峰，陈骏琳，陈相，陈倩雅，陈秋玲，吴焯锐，崔加达，涂芷婷，谭桂珍，余坚，
申请(专利权)人：广东工业大学，
类型：发明
国别省市：