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A superhydrophobic coating harvesting mechanical robustness, passive anti-icing and active de-icing performances

结冰 材料科学 接触角 涂层 扫描电子显微镜 复合材料 润湿 超疏水涂料 傅里叶变换红外光谱 化学工程 气象学 工程类 物理
作者
Binrui Wu,Xin Cui,Huayang Jiang,Nan Wu,Chaoyi Peng,Zhenfeng Hu,Xiubing Liang,Yonggan Yan,Jun Huang,Diansen Li
出处
期刊:Journal of Colloid and Interface Science [Elsevier BV]
卷期号:590: 301-310 被引量:257
标识
DOI:10.1016/j.jcis.2021.01.054
摘要

Ice accretion is a challenging issue for various residential activities and industrial facilities. However, most of the current anti/de-icing coatings fail to maintain their properties when subject to frequent mechanical wear, and their limited functionality (either anti-icing or de-icing individually) cannot meet the requirement of all-weather utilization. Herein, a multifunctional superhydrophobic coating is prepared by compositing ferroferric oxide nanoparticles (Fe3O4 NPs) with fluorinated epoxy resin via an inverse infiltration process. The surface composition, morphology and wettability are systematically characterized using Fourier-transform infrared spectroscopy (FTIR), scanning electron microscopy (SEM) coupled with energy dispersive X-ray spectroscopy (EDX), laser scanning microscopy and contact angle tensiometer. The anti-icing and de-icing performances are evaluated by investigating the freezing delay and photothermal effect, respectively. This coating shows outstanding water repellency (water contact angle up to 161.0°, sliding angle down to 1.4°) and can maintain superhydrophobicity within 400 cycles of tape peeling, 260 cycles of sandpaper abrasion or 25 cycles of sand impact. Besides, because the hydrophobic nano/micro hierarchical structures tremendously retard the heat transfer, the freezing process of water droplet on this coating can be apparently delayed by up to 35 min as compared to the uncoated substrate. Moreover, owing to the photothermal effect of the Fe3O4 NPs, the coating’s surface temperature can be rapidly increased above 0 °C under infrared irradiation, which facilitates the ice melting on cold surfaces. Our work offers a versatile approach to address the icing problems in diverse weather conditions, which exhibits great prospects in various engineering applications.
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