Multifunctional Anti-Icing Gel Surface with Enhanced Durability

材料科学 耐久性 结冰 聚合物 霜冻(温度) 复合材料 粘附 乙二醇 结晶 化学工程 气象学 物理 工程类
作者
Yi Zhang,Weiwei Yan,Yan‐Wen Lin,Jiayi Zhu,Haichao Zhao,Tong Li
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:16 (11): 14198-14207 被引量:16
标识
DOI:10.1021/acsami.4c00617
摘要

Materials with low ice adhesion and long-lasting anti-icing properties remain an ongoing challenge in ultralow temperature environments (≤-30 °C). This study presents a gel material consisting of a polymer matrix (copolymer of polyurethane and acrylamide) and an anti-icing agent, ethylene glycol (EG), designed for anti-icing applications at ultralow temperatures. The surface shows a prolonged droplet freezing delay of ca. 322 s at -30 °C and frost resistance properties. It also exhibits an ice adhesion strength of 1.1 kPa at -10 °C and 39.8 kPa at -50 °C, resulting from the interaction between EG and water molecules that hinders the crystallization of ice as well as the significant mismatch between elastic gel and ice. In addition, the gel surface exhibits favorable anti-icing durability, with an ice adhesion strength below 20.0 kPa after 25 icing/deicing cycles and mechanical scratch tests. The gel demonstrates remarkable thermal durability, achieved through the H-bonds between the EG and polymer matrix. The H-bonds further enhance the anti-icing performance, thereby remarkably decreasing EG depletion and improving anti-icing durability. Overall, these properties suggest the potential application of this gel material in harsh environments including polar regions.
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