【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于防冰表面工程，尤其涉及一种tio2/gpe/mwcnts超疏水耐用防覆冰涂层及其制备方法和应用。
技术介绍
1、随着传统化石燃料的逐渐枯竭，风力发电已成为一种清洁、可再生、可大规模经济开发的发电方式。为了充分利用风能，风力涡轮机通常安装在沿海地区和高海拔山区。在这些地区，风力机叶片表面结冰现象不可避免，严重威胁到风力机运行的可靠性和发电效率。因此，解决风电机组叶片结冰问题，成为保证风电机组安全稳定运行的关键。目前，除冰策略主要有机械除冰、热除冰和超声波除冰。然而，这些传统的除冰技术有其缺点，包括高能耗、劳动密集的时间要求和昂贵的成本。
2、因此，现亟需提供一种基于光热和电热相结合的超疏水复合防覆冰涂层，以满足风力发电机风扇叶片全天候的防冰除冰的适应性。
技术实现思路
1、为了克服上述技术问题，本专利技术提出了一种tio2/gpe/mwcnts超疏水耐用防覆冰涂层及其制备方法和应用。
2、为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
3、本专利技术技术方案之一：
4、一种tio2/gpe/mwcnts超疏水耐用防覆冰涂层，原料为：
5、石墨烯、多壁碳纳米管、疏水二氧化钛和粘结剂；
6、其中，所述石墨烯和多壁碳纳米管的质量比为1∶2；
7、所述疏水二氧化钛的制备过程为：
8、将纳米二氧化钛加入到由去离子水、氨、乙醇和三乙氧基硅烷组成的混合溶液中；进行二次搅拌处理，再真空干燥，得
9、所述粘结剂为pvdf、dmf、nmp和pdms。
10、有益效果：本专利技术充分在考虑到复合涂层对光热性能以及超疏水性能的双重要求下，在超疏水耐用防覆冰涂层中同时引入两种不同结构的碳基材料，即层状石墨烯(gpe)和圆柱形碳纳米管(mwcnts)，即多壁碳纳米管，以赋予涂层优异的电热和光热除冰效果，并调节涂层的微观结构。
11、其中，本专利技术涉及的反应机理为：在微观结构方面，tio2、石墨烯和mwcnts在涂层中相互交织，形成复杂的微纳结构。这种结构能够捕获空气并形成气穴，使得水滴与涂层表面的接触面积减小，从而实现超疏水性。作为无机纳米粒子，tio2在涂层中起到增加表面粗糙度和提供光催化性能的作用，其独特的表面结构有助于形成超疏水表面，并能在光照条件下分解有机物，提高涂层的自清洁能力；
12、石墨烯具有优异的导电性、导热性和机械强度，在涂层中，石墨烯能够形成连续的导电网络，提高涂层的整体导电性能；同时，石墨烯的二维结构有助于形成微纳结构，进一步增强涂层的超疏水性；
13、mwcnts具有高的长径比和优异的机械性能。在涂层中，mwcnts能够增强涂层的力学性能和耐久性。它们还能与石墨烯协同作用，形成更加稳定的微纳结构，提高涂层的超疏水性和防覆冰性能。
14、此外，在上述制备疏水二氧化钛的过程中，三乙氧基硅烷(teos)在混合溶液中发生水解和缩合反应，生成硅醇基团(si-oh)。这些硅醇基团与纳米二氧化钛tio2表面的羟基ti-oh发生缩合反应，形成化学键合。这种化学键合使得三乙氧基硅烷的疏水基团（如甲基或乙基）覆盖在tio2表面，从而实现疏水改性。
15、优选的，所述石墨烯、多壁碳纳米管、疏水二氧化钛和粘结剂的质量比为：0.06∶0.12∶0.1∶7.5。
16、优选的，所述石墨烯的d50（d50指代的是中位径，也就是粒径分布为50%的中位数）为7-12μm，径厚比为9500；和/或所述多壁碳纳米管的内径为5-12nm，外径为30-50nm，长度为10-20μm。
17、有益效果：本专利技术将石墨烯的d50限定在7-12μm范围内，可以确保石墨烯颗粒在涂层中的均匀分布，避免颗粒过大或过小导致的团聚或分散不均现象。而如果超出此范围可能会出现颗粒过大或颗粒过小的问题，颗粒过大可能会导致在涂层中出现团聚体，降低涂层均匀性和平整度，影响整体性能；颗粒过小虽可能有助于涂层的细腻度，但可能会增加涂层的粘度，影响施工性能，同时也不利于形成稳定的石墨烯网络结构。如果径厚比低于设定值，可能会导致石墨烯片层之间作用力减弱，难以形成稳定的网络结构，石墨烯在涂层中的分散性也会变差，容易形成团聚体，影响涂层整体性能。
18、而多壁碳纳米管的内径或外径超出其范围，则可能会出现两种情况。内径过小：管腔狭窄，不利于导热和导电性能的提高；内径过大：碳纳米管在涂层中的分散性变差，容易形成团聚体，影响涂层的均匀性和性能。对于长度来说，过长会导致在涂层中的碳纳米管分散性较差，容易形成团聚体；过短则难以形成稳定网络结构，影响涂层性能。
19、进一步，所述纳米二氧化钛、去离子水、氨、乙醇和三乙氧基硅烷的用量比为：2g∶20ml∶2ml∶90ml∶1ml。
20、更进一步，所述二次搅拌处理过程为：先在40℃条件下，以1200r/min的转速磁搅拌24h，再以8000r/min的转速进行离心搅拌10分钟；和/或所述真空干燥的条件为：在60℃条件下真空干燥24 h。
21、可选的，所述pdms由pdms组分a和pdms固化剂b按照10∶1的质量比组成的。
22、进一步，所述粘结剂的制备过程为：
23、将所述pvdf和nmp按照质量比为0.5∶8混合均匀，得到混合溶液1；
24、将所述pdms和dmf按照质量比为0.1∶20混合均匀，得到混合溶液2；
25、然后将所述混合溶液1和混合溶液2按照质量比为2∶1混合均匀，得到所述粘结剂。有益效果：pdms通常不溶于有机溶剂，但在特定条件下可在dmf中表现出一定的溶解性或分散性，这里的混合是为了让pdms均匀分散在溶液中。pvdf与nmp的混合主要是基于pvdf在nmp中的良好溶解性。nmp作为一种有机溶剂，能够溶解pvdf并增大其分子间距离，使pvdf分子逐渐分散到nmp中形成溶液。这种溶解和分散过程有助于后续粘结剂的形成和性能的发挥。分开混合还可以确保每种组成成分在混合前都达到充分的均匀性和稳定性，从而有助于后续混合时形成性能更加优异的粘结剂。
26、本专利技术技术方案之二：
27、一种tio2/gpe/mwcnts超疏水耐用防覆冰涂层的制备方法，包括以下步骤：
28、向粘结剂中加入疏水纳米二氧化钛、石墨烯和多壁碳纳米管，混合搅匀，得到目标溶液；
29、采用一步喷涂，将所述目标溶液喷涂到基板上，干燥，得到所述tio2/gpe/mwcnts超疏水耐用防覆冰涂层。
30、优选的，所述喷涂步骤为：
31、控制喷壶沿着基板的轴向方向做匀速水平运动，喷涂时间为1分钟，喷涂周期次数为5次。
32、进一步，所述目标溶液在所述基板上的喷涂量为0.25ml/cm2。
33、本专利技术技术方案之三：
34、所述tio2/gpe/mwcnts超疏水耐用防覆冰涂层在本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种TiO2/GPE/MWCNTs超疏水耐用防覆冰涂层，其特征在于，原料为：
2.根据权利要求1所述的一种TiO2/GPE/MWCNTs超疏水耐用防覆冰涂层，其特征在于，所述石墨烯、多壁碳纳米管、疏水二氧化钛和粘结剂的质量比为：0.06∶0.12∶0.1∶7.5。
3.根据权利要求1所述的一种TiO2/GPE/MWCNTs超疏水耐用防覆冰涂层，其特征在于，所述石墨烯的D50为7-12μm，径厚比为9500；和/或
4.根据权利要求1所述的一种TiO2/GPE/MWCNTs超疏水耐用防覆冰涂层，其特征在于，所述纳米二氧化钛、去离子水、氨、乙醇和三乙氧基硅烷的用量比为：2g∶20mL∶2mL∶90mL∶1mL。
5.根据权利要求1所述的一种TiO2/GPE/MWCNTs超疏水耐用防覆冰涂层，其特征在于，所述粘结剂的制备过程为：
6.一种TiO2/GPE/MWCNTs超疏水耐用防覆冰涂层的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
7.根据权利要求6所述的一种TiO2/GPE/MWCNTs超疏水耐用防覆冰涂层的制备方
8.如权利要求1-5任一项所述的TiO2/GPE/MWCNTs超疏水耐用防覆冰涂层在防冰表面工程中的应用。
...【技术特征摘要】
1.一种tio2/gpe/mwcnts超疏水耐用防覆冰涂层，其特征在于，原料为：
2.根据权利要求1所述的一种tio2/gpe/mwcnts超疏水耐用防覆冰涂层，其特征在于，所述石墨烯、多壁碳纳米管、疏水二氧化钛和粘结剂的质量比为：0.06∶0.12∶0.1∶7.5。
3.根据权利要求1所述的一种tio2/gpe/mwcnts超疏水耐用防覆冰涂层，其特征在于，所述石墨烯的d50为7-12μm，径厚比为9500；和/或
4.根据权利要求1所述的一种tio2/gpe/mwcnts超疏水耐用防覆冰涂层，其特征在于，所述纳米二氧化钛、去离子水、氨、乙醇和三乙氧...
【专利技术属性】
技术研发人员：杨建卫，黄学希，胡磊，王亚顺，曹晟磊，刘睿晨，王尊，曹生现，赵波，唐振浩，王恭，高涵，刘超，
申请(专利权)人：中电华创电力技术研究有限公司，
类型：发明
国别省市：
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