[发明专利]一种基于模量图案化的自驱动防冰材料及其制备方法

说明书

本公开提供一种自驱动防冰材料，其具有由至少两种不同模量的材料交错形成的图案，不同模量的材料之间的界面处形成模量跨度。本公开还提供自驱动防冰材料的制备方法。本公开的自驱动防冰材料可在冰重力作用或风力作用下零耗能去除冰积物，防冰性能持久稳定，可灵活适应不同应用场景的需求。

技术领域

本发明涉及功能材料表面技术领域，进一步涉及一种基于模量图案组合方式制得的一种超持久性自驱动防冰材料。

背景技术

冰的沉积在很大范围的商业和居民活动中都会带来不便以及潜在危险。传统的除冰方式通常效率较低、成本较高且耗能较大、甚至会造成环境污染。因此防冰材料引起了广大科研工作者的强烈的研究兴趣，推动了防冰材料的快速发展。然而，对于航空器、高空建筑、高压电线等领域，因需除冰的范围较大，或涉及高空作业等操作上的困难，普通的防冰/疏冰(anti-icing/icephobic materials)材料并不能满足需求。迫切需要一种能够持久高效地防止和/或易于去除大面积冰沉积物的防冰材料。

目前，制备防冰材料的方案大致可以分为三种原理：延迟冰的形成；以润滑层降低冰黏附力；通过增塑剂降低界面韧性。然而，延迟冰的形成并不能从根本上解决防冰的问题；而无论是消耗型还是自供给型的含水/有机溶液润滑层，目前还存在着润滑层损耗、有效防冰温度窗口有限、被灰尘等黏附污染而表面失效等问题。

发明内容

发明要解决的问题

有鉴于现有的防冰材料存在的防冰性能不足、防冰效果不持久等不足，本发明提供一种基于模量图案化的自驱动防冰材料及其制备方法，以解决现有技术一方面或多方面的问题。

用于解决问题的方案

为实现上述目的，本公开提供一种自驱动防冰材料，所述自驱动防冰材料具有由至少两种不同模量的材料交错形成的图案，不同模量的材料之间的界面处形成模量跨度。

在本公开进一步的方案提供的自驱动防冰材料中，所述图案是由第一模量材料和第二模量材料循环交替形成的图案；或所述图案是由第一模量材料的颗粒分散在第二模量材料中形成的图案；其中，所述第一模量材料的弹性模量和所述第二模量材料的弹性模量不相等。

在本公开进一步的方案提供的自驱动防冰材料中，所述图案的尺度为1000纳米-0.1厘米。

在本公开进一步的方案提供的自驱动防冰材料中，所述第一模量材料的弹性模量和所述第二模量材料的弹性模量的差值为0.04MPa-3GPa。

本公开还提供一种自驱动防冰材料的制备方法，包括以下步骤：

步骤1：根据设计的图案制作模具，所述模具被可拆卸的分隔挡板分隔为多个板块；

步骤2：将所述第一模量材料的前驱体和所述第二模量材料的前驱体分别注入模具的各板块中，将所述第一模量材料的前驱体固化，然后拆除所述分隔挡板，将所述第二模量材料的前驱体固化。

本公开还提供另一种自驱动防冰材料的制备方法，包括以下步骤：

步骤1：根据设计的图案制作带有凹凸图案的模板；

步骤2：以所述第一模量材料反向复制所述模板上的凹凸图案，脱模，得到第一类模块；

步骤3：向所述第一类模块上覆盖挡板，向所述挡板与所述第一类模块之间的间隙填充所述第二模量材料的前驱体，固化，形成第二类模块。

本公开还提供另一种自驱动防冰材料的制备方法，包括以下步骤：

步骤1：根据设计的图案制作具有相互交替的暴露部分和非暴露部分的光掩模板；