一种功能化的可主动激活的防霜冰薄膜及其制备方法

本发明属于超浸润先进智能复合材料，具体涉及一种功能化的可主动激活的防霜冰薄膜及其制备方法。

背景技术：

1、设备表面常常面临被冰霜覆盖的危险，当处于高湿度环境中时，空气中的过冷液滴会迅速凝结在固体表面并发生积聚冻结现象。表面覆冰的存在增大了设备自身的荷载，也可能影响其正常的运行状态，对人类生活生产的安全造成了极大的威胁。如何制备高效稳定的防/除冰薄膜也成为了困扰科研人员的首要问题。

2、在制备防冰薄膜的探索中，研究人员发现具有超浸润特性的超疏水表面在防冰应用中有不俗的表现。凭借极低的表面能和极小的固液接触面积，疏水表面的液滴并不会立刻在表面发生相变。这是因为，疏水表面增加了冰晶的成核势垒，这样就变相的演唱了冰晶的成核时间。实现了应用意义上的被动防冰特性。在做到延长相变时间的同时，疏水表面也可以降低冰晶和表面之间的冰粘附剪力。冰层相比于其他表面更容易摆脱表面覆冰。

3、疏水薄膜的确可以起到防冰的效果，但这并不是万无一失的。疏水薄膜在长期处于低温高湿地区时，空气中的水分子依然会附着在薄膜表面的粗糙结构中，发生成核，冰晶生长，最后完成相变冻结。一旦表面被覆冰包裹，疏水表面的抗冰防线就意味着彻底被突破。

4、为解决这一问题，研究人员不断尝试将具有能量驱动功能的自加热薄膜和具有防冰功能的疏水薄膜进行耦合。根据不同薄膜加热机理的不同，激活方式可主要分为：光驱动、电驱动、磁驱动等。考虑到普适性和绿色低成本的因素，光致发热的防冰薄膜具有极大的应用前景和经济效益。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种功能化的可主动激活的防霜冰薄膜，以超疏水表面为载体，在疏水化的基础上赋予了薄膜可激活光致发热的特性，使薄膜不但可以保持表面疏水干燥，同时也具备光激活后发热的功能，免于冰霜的覆盖。

2、一种功能化的可主动激活的防霜冰薄膜，具有超疏水性和可激活光致发热特性，薄膜表面构筑有粗糙微柱结构阵列；在使用外加红外光源的能量输入形式下将薄膜自身发热性能激活，薄膜自身温度迅速提升。

3、一种制备功能化的可主动激活的防霜冰薄膜的方法，包括以下步骤：

4、步骤1：分别取质量百分比为5％的mxene粉末和95％的pei粉末，将pei粉末加入n-甲基吡咯烷酮溶液中，搅拌直至pei粉末完全溶解，体系呈深茶色；

5、步骤2：将mxene粉末加入深茶色的溶液中，搅拌直至mxene粉末完全溶解，得到初步混合溶液；

6、步骤3：采用超声剪切分散法，使初步混合溶液中mxene和pei组分均匀分散到整个体系中；

7、步骤4：高温蒸发步骤3得到的溶剂，固化成膜；

8、步骤5：在薄膜表面构筑粗糙微柱结构阵列。

9、本发明的有益效果在于：

10、本发明的提供了一种功能化的可主动激活的防霜冰薄膜，以超疏水表面为载体，在疏水化的基础上赋予了薄膜可激活光致发热的特性，使薄膜不但可以保持表面疏水干燥，同时也具备光激活后发热的功能，免于冰霜的覆盖。

技术特征：

1.一种功能化的可主动激活的防霜冰薄膜，其特征在于：具有超疏水性和可激活光致发热特性，薄膜表面构筑有粗糙微柱结构阵列；在使用外加红外光源的能量输入形式下将薄膜自身发热性能激活，薄膜自身温度迅速提升。

2.一种制备权利要求1所述防霜冰薄膜的方法，其特征在于，包括以下步骤：

技术总结
本发明涉及一种功能化的可主动激活的防霜冰薄膜及其制备方法，将质量百分比为5％的MXene(二维结构形式的过渡金属氮化物)和95％的PEI(聚醚酰亚胺)成比例混合后利用超声剪切分散法进行均匀分散混合，利用飞秒激光刻蚀技术在薄膜表面构筑矩形截面柱状阵列，最终呈现了一种功能化的可主动激活的防霜/冰薄膜。凭借疏水表面极低的表面能和粗糙结构提供的极小固液分数，薄膜表面的液滴并不会立刻发生相变，实现了异于普通Q304表面的防冰性能。同时，当处于低温高湿环境时，薄膜也可利用近红外光对表面进行刺激，利用自身发热融化界面处覆冰。这种功能化的可主动激活的防霜/冰薄膜可以任意设置在设备表面，使其免于冰霜冻结。

技术研发人员：梁文彦,薛意青,王寅峰,王钰博,郭斌,柳忠言
受保护的技术使用者：哈尔滨工程大学
技术研发日：
技术公布日：2024/2/21