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石墨烯防冰材料取得新突破

作者:    浏览次数:1177    发布日期:2016-07-06

美国莱斯大学的科学家在其研究基础上改进了石墨烯防冰材料, 改进后,该新材料即使在超低温下的环境,也能融化机翼或电线上的结冰,且当温度高于-14℃时,冰甚至无法在材料表面形成。

莱斯大学的化学家詹姆斯•图尔赋予该防冰材料超疏水的性质,使其可以在-14℃以上时被动地阻止水结冰。防冰涂层可以通过将除冰剂分散涂覆在原子厚度的石墨烯纳米带表面上,由于石墨烯是导体,所以材料能通过电流来加热以融化冰雪。根据研究人员表示,这种材料可以通过喷涂的方式涂覆,具有更广泛的适用性,如可用于飞机、电力线、雷达罩和船舶防冰。该研究发表在美国化学学会杂志ACS Applied Materials and Interfaces上。

詹姆斯•图尔教授表示,已经研制出一种防冰材料,能在较温和的条件下实现防结冰,使加热除冰不是必需过程,而是可以选择性地的去使用。该防冰材料形成的涂层薄而坚固,可以在大范围条件下使大面积区域免于冰雪覆盖。

莱斯大学使用氟化物改性石墨烯纳米带,以提高石墨烯材料的疏水性能,图尔发现使用长碳链的全氟取代化合物修饰石墨烯纳米带,可以使涂层具有更大的接触角,可实现超疏水,这也意味着涂层的性能在一定条件下是人为可调控的。(超疏水材料指水在该材料表面的接触角大于150度;接触角指的是水滴面和材料表面接触时两平面所构成的夹角。水滴球状越明显,表示接触角就越大。当接触角为0度时,表面水在材料表面完全铺展,而当水滴刚接触到表面时,瞬间的接触角达到最大值,即180度。)

研究人员发现,-14℃以下时,水会凝结在结构内部的孔隙,导致表面失去其超疏水和防冰的性能。而此时,使用至少12伏特的电力加热,便足以使材料表面恢复疏水的性质。

研究人员发现采用通电加热这虽然有效,但该除冰方式仍然不能完全地排除水份,因为一些会残留在石墨烯纳米带束间的孔隙。而通过添加一些低熔点(-52℃)的润滑剂到薄膜上,可使其表面光滑、可加速除冰并节约能源。