[发明专利]一种石墨烯基防/除冰一体化褶皱薄膜及其制备方法

说明书

一种石墨烯基防/除冰一体化褶皱薄膜及其制备方法，属于空中实时防/除冰的技术领域。本发明要解决极端环境下防冰除冰困难的技术问题。本发明的褶皱薄膜(FSGF)是先通过干法转移将rGO转移至双向拉伸的丙烯酸VHB 4910基底薄膜上，通过基底膜的回缩，得到褶皱rGO薄膜；然后通过法，在rGO表面生长SiO₂纳米粒子，最后通过FDTS修饰表面制得的。本发明的褶皱薄膜在温度为‑20℃时，仍然保持防冰性能；同时，当温度为‑20℃时，可在低电压下，30s实现完全除冰和除霜，表现出了优异的防冰和除冰性能，在空中实时防/除冰领域具有巨大的应用前景。

技术领域

本发明属于空中实时防/除冰的技术领域；具体涉及一种既具有超疏水性能又具有电热性能的新型石墨烯基微-纳分级结构褶皱薄膜的制备方法。

背景技术

飞机表面的大面积积冰会导致频繁的航班延误；机翼积冰会导致飞行阻力增加，两翼重量不均衡，甚至会发生坠机事故；驾驶舱风挡积冰会影响飞行员的视野及判断等。积冰不仅对飞机上乘客的出行带来不便，甚至对他们的生命造成威胁，同时坠机也会对陆地上的人或建筑造成伤亡或损坏。

目前，超疏水材料被认为是防/除冰领域的最佳选择，可通过其自身的超疏水特性，利用水滴与薄膜之间接触时捕获的空气层，减小固-液接触面积，当表面稍有倾角，过冷液滴可在结冰前弹离超疏水材料表面，以此来实现低温下的防冰性能。但在极端环境下，如低温高湿或低温冷凝条件下，液滴与材料之间会形成锚固作用，增加了液滴与材料之间的粘附力，失去防冰性能，同时给除冰工作带来困难。

发明内容

本发明要解决极端环境下防冰除冰困难的技术问题；而提供了一种石墨烯基防/除冰一体化褶皱薄膜及其制备方法。本发明中通过干法转移将rGO转移至拉伸的VHB 4910基底薄膜上，通过基底膜的回缩，得到褶皱rGO薄膜；通过法，在rGO表面生长SiO2纳米粒子，最后通过FDTS修饰表面得到FSGF。测试FSGF的防冰性能，电热除霜和电热除冰性能，表现出了优异的防除冰特性。本发明褶皱薄膜轻质、超疏水、高电热、柔性好。本发明的薄膜是通过FDTS改性SiO₂/rGO褶皱(FSGF)得到的，具有良好的超疏水特性以及优异的电热性能，对空中的防冰及实时除冰具有重要的意义。

为解决上述技术问题，本发明中一种石墨烯基防/除冰一体化褶皱薄膜(FSGF)是先通过干法转移将rGO转移至双向拉伸的丙烯酸VHB 4910基底薄膜上，通过基底膜的回缩，得到褶皱rGO薄膜；然后通过法，在rGO表面生长SiO₂纳米粒子，最后通过FDTS修饰表面制得的；具体是通过下述步骤实现的：

步骤一、将rGO(还原氧化石墨烯)薄膜利用干法转移至双向拉伸的丙烯酸VHB4910基底薄膜上；

步骤二、然后先沿一单轴方向释放基底薄膜，使其回缩，再释放另一单轴方向的基底薄膜，使其回缩到原来尺寸，得到rGO褶皱薄膜；

步骤三、将阳离子表面活性剂加入到氨水混合液中，混合均匀，然后放入步骤二获得rGO褶皱薄膜，水浴加热下磁力搅拌5h～7h，再逐滴滴入正硅酸乙酯，滴加完毕后保温搅拌，然后取出后烘干；

步骤四、然后将正己烷稀释的FDTS滴到经步骤三处理后的褶皱薄膜表面，烘干，即得到石墨烯基防/除冰一体化褶皱薄膜(FSGF)；

其中，氨水混合液是由去离子水、无水乙醇和氨水配制的。

用正己烷稀释FDTS得到FDTS的正己烷溶液。

进一步地限定，步骤一所述rGO(还原氧化石墨烯)薄膜是按下述步骤进行的：将氧化石墨烯水溶液稀释为0.1mg/mL，取3mL真空抽滤至直径为50mm，孔径为0.45μm的聚四氟乙烯薄膜上，50℃干燥，得到GO薄膜，再将GO薄膜放入HI溶液中，在90～100℃烘箱中还原1～1.5h，取出后放入120℃烘箱中6h，去除表面多余的HI。