[发明专利]仿生自响应防冰雪自清洁材料和应用

说明书

本发明公开了一种仿生自响应防冰雪自清洁材料及其应用。仿生自响应防冰雪自清洁材料包括基体和镶嵌于所述基体内的具有吸水膨胀和失水复原特性的若干囊腔结构，所述囊腔结构的囊腔通过毛细通道与基体外界相通，在所述囊腔内装设有用于降低表面能的液态物质，所述液态物质在所述囊腔结构吸水膨胀过程中通过所述毛细通道被挤压至基体表面。本发明仿生自响应防冰雪自清洁材料能够通过镶嵌于所述基体内的若干囊腔结构的吸水膨胀，从而将装设在囊腔内的液态物质挤压至基体表面，通过液态物质的低表面能特性，实现有效抑制附冰的形成以及降低积雪的附着强度，降低后期进行冰雪清理工作的成本，有效保证了相应设备工作的稳定性。

技术领域

本发明属于冰冻、积雪防范材料技术领域，具体的是涉及一种仿生自响应防冰雪自清洁材料和应用。

背景技术

结冰和积雪是材料表面在特定环境下发生的自然现象，由材料表面的润湿性决定。结冰和积雪可以显著影响仪器设备的工作效能，使得结冰和积雪的防范与清除成为诸多行业亟待解决的重要课题，诸如航空、电力、交通等。如飞机机身结冰、积雪影响其飞行状态，降低其安全系数，严重威胁人员和财产安全，甚至酿成飞行安全事故；电力设备和输电线路的覆冰、积雪可以造成电力输送问题，破坏经济活动和日常生活的正常进行；高铁列车的结冰、积雪可以影响车辆的通讯和悬挂系统等的运行，非常不利于列车的安全运行。

当前结冰和积雪的主要处理措施包括后处理和预处理两类。后处理是一种较为保守的、成熟的方法，通过加热处理、化学处理(如列车丙二醇喷淋等融雪剂)和机械清除等方法实现。该方法存在的问题包括不受控的结冰和积雪可能导致机械设备性能方面不可逆的破坏，化学处理使用的化学物质对环境具有一定的污染性，加热处理用时长、能源消耗大，经济性欠佳。预处理是一种积极的、不断优化的防范机制，主要通过改变材料表面润湿性达到防冰雪自清洁的目的，经典的处理技术为材料表面直接构建微结构并采用低表面能物质修饰。该方法的缺点是仪器设备的表面功能层耐候性和耐磨损性能差，有效使用期限较短。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的上述不足，提供一种仿生自响应防冰雪自清洁材料，以及解决现有结冰和积雪的后处理和预处理措施存在的能耗高、耐候性和耐磨损性能差导致防冰雪不稳定以及经济性欠佳的技术问题。

为了实现上述发明目的，本发明的一方面，提供了一种仿生自响应防冰雪自清洁材料。所述仿生自响应防冰雪自清洁材料包括基体和镶嵌于所述基体内的具有吸水膨胀和失水复原特性的若干囊腔结构，所述囊腔结构的囊腔通过毛细通道与基体外界相通，在所述囊腔内装设有用于降低表面能的液态物质，所述液态物质在所述囊腔结构吸水膨胀过程中通过所述毛细通道被挤压至基体表面。

本发明的另一方面，提供了一种仿生自响应防冰雪自清洁材料的应用方法。所述仿生自响应防冰雪自清洁材料的应用方法是将本发明仿生自响应防冰雪自清洁材料在航空航天器、电力设备、交通运输设备、制冷设备的防范结冰、积雪中的应用。

与现有技术相比，本发明仿生自响应防冰雪自清洁材料能够通过镶嵌于所述基体内的若干囊腔结构的吸水膨胀，从而将装设在囊腔内的液态物质挤压至基体表面，通过液态物质的低表面能特性，实现自响应防冰雪性能，有效抑制附冰的形成以及降低积雪的附着强度，降低后期进行冰雪清理工作的成本，有效保证了相应设备工作的稳定性。当囊腔结构失水复原过后，囊腔体积扩张，从而使得被挤压出的液态物质回吸至囊腔之内，从而使得本发明仿生自响应防冰雪自清洁材料具有较长的使用期限。

由于本发明仿生自响应防冰雪自清洁材料具有良好的防冰冻和积雪效果，从而有效保证了相应设备如航空航天器、电力设备、交通运输设备、制冷设备的工作稳定性和安全性。另外，仿生自响应防冰雪自清洁材料能够具有较长时间的使用期限，而且其直接贴合于设备表面，有效提高了相应额设备防冰雪的经济成本和效率。

附图说明

图1是本发明实施例仿生自响应防冰雪自清洁材料所含的囊腔未吸水膨胀时的结构示意图；