Супергидрофобное покрытие на основе декорированных углеродных наночастиц

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Предложен способ увеличения стойкости супергидрофобного покрытия на основе ксерогеля из углеродных нанотрубок к осаждению инея за счет использования декорирующих наночастиц. Проверены эффекты от добавки в ксерогель фуллеренов, углеродных нанолуковиц, детонационных наноалмазов, диоксида кремния, парафина. Выявлено повышение устойчивости покрытия к осаждению конденсата в виде инея. Наилучшим образом продемонстрировала себя добавка фуллерена С60. Повышение стойкости к обледенению позволяет затрачивать меньше мощности на подогрев поверхности при небольших похолоданиях, обходясь антиобледенительными свойствами защитного супергидрофобного слоя. Однако применение данного подхода показало ухудшение стойкости покрытия к попаданию спреев. Этому дано качественное объяснение и предложены меры борьбы. Влияния добавок на механические свойства покрытия и его стойкость к повреждениям не выявлено. Также декорирующие добавки влияют на процесс образования рельефа покрытия. При помощи этого можно оказать влияние на стохастические процессы образования шероховатости во время высыхания ксерогеля.

Об авторах

С. Н. Капустин

Кафедра фундаментальной и прикладной физики, Северный (Арктический) федеральный университет им. М.В. Ломоносова

Email: hare22@yandex.ru
Россия, 163002, Архангельск, наб. Северной Двины, 17

М. К. Есеев

Кафедра фундаментальной и прикладной физики, Северный (Арктический) федеральный университет им. М.В. Ломоносова

Email: aisonoka@gmail.com
Россия, 163002, Архангельск, наб. Северной Двины, 17

Ю. В. Цыкарева

Кафедра фундаментальной и прикладной физики, Северный (Арктический) федеральный университет им. М.В. Ломоносова

Email: aisonoka@gmail.com
Россия, 163002, Архангельск, наб. Северной Двины, 17

В. И. Вощиков

Институт химии силикатов РАН им. И.В. Гребенщикова

Email: aisonoka@gmail.com
Россия, 199034, Санкт-Петербург, наб. Макарова, 2

Д. С. Лугвищук

Технологический институт сверхтвердых и новых углеродных материалов

Автор, ответственный за переписку.
Email: aisonoka@gmail.com
Россия, 108840, Троицк, Москва, ул. Центральная, 7а

Список литературы

  1. Boinovich L.B., Emelyanenko A.M. Anti-icing Potential of Superhydrophobic Coatings // Mendeleev Commun. 2013. V. 23. Iss. 1. P. 3–10.
  2. Barthlott W., Neinhuis C. Purity of the sacred lotus, or escape from contamination in biological surfaces // Planta. 1997. V. 202. P. 1–8.
  3. Wong T.S., Kang S.H., Tang S.K.Y., Smythe E.J., Hatton B.D., Grinthal A., Aizenber J. Bioinspired self-repairing slippery surfaces with pressure-stable omniphobicity // Nature 2011. V. 477. P. 443–447.
  4. Соловьянчик Л.В., Кондрашов С.В., Нагорная В.С., Мельников А.А. Особенности получения антиобледенительных покрытий (обзор) // Труды ВИАМ. 2018. № 6. С. 66.
  5. Соловьянчик Л.В., Кондрашов С.В. Перспективность использования углеродных нанотрубок для придания поверхности полимерных материалов функциональных свойств (обзор) // Труды ВИАМ. 2021. № 9 С. 103.
  6. Бойнович Л.Б., Емельяненко А.М. Гидрофобные материалы и покрытия: принципы создания, свойства, применение // Успехи химии. 2008. Т. 77. № 7. С. 619–638.
  7. Соловьянчик Л.В., Кондратов C.B., Нагорная B.C., Волков И.А., Дьячкова Т.П., Борисов К.М. Электропроводящие, высокогидрофобные нанокомпозиты на основе фтор-полимера с углеродными нанотрубками // Журн. прикладной химии. 2018. Т. 91. № 10. С. 1462–1467.
  8. Нажипкызы М., Мансуров З.А. Супергидрофобные материалы и покрытия: обзор // Горения и плазмохимия. 2020. № 4. С. 163–180.
  9. Lafuma A., Quere D. Superhydrophobic states // Nat. Mater. 2003. V. 2. P. 457–460.
  10. Mumm F., Van Helvoort A.T.J., Sikorski P. Easy route to superhydrophobic copper–based wire–guided droplet microfluidic systems // ACS Nano. 2009. V. 3. P. 2647–2652.
  11. Rao A.V., Latthe S.S., Nadargi D.Y., Hirashima H., Ganesan V. Preparation of MTMS based transparent superhydrophobic silicafilms by sol–gel method // J. Colloid Interface Sci. 2009. V. 332. P. 484–490.
  12. Xiaoli W., Faxing Z. Surface and mechanical properties of anorganic–inorganic super–hydrophobic coating using modified nano–SiO2 and mixing polyurethane emulsion as raw materials // J. Adhes. Sci. Technol. 2018. V. 32. P. 1809–1821.
  13. Gnanappa A.K., Gogolides E., Evangelista F., Riepen M. Contact line dynamics of a superhydrophobic surface: application for immersion lithography // Microfluid Nanofluidics. 2011. V. 10. P. 1351–1357.
  14. Zhou S.-S., Guan Z.-Sh., Pang Y. Fabrication of Polypropylene Super-Hydrophobic Surface Using PTFE-Coated-Sieves Template via Templating and Splitting Process // Polym. Plast. Technol. Eng. 2012. V. 51. Iss. 1. P. 845–848.
  15. Campos R.B.V., Rocha T.D. da., Wysard Jr. M.M., Camargo Jr. S.A. de S. Superhydrophobic and Low Reflectance Carbon Nanotubes Buckypapers // Materials Research. 2022. V. 25. P. e20220136.
  16. He S., Wei J., Wang H. et al. Stable superhydrophobic surface of hierarchical carbon nanotubes on Si micropillar arrays // Nanoscale Res Lett. 2013. V. 8. P. 412.
  17. Eseev M.K., Goshev A.A., Kapustin S.N., Tsykareva Y.V. Creation of Superhydrophobic Coatings Based on MWCNTs Xerogel // Nanomaterials. 2019. V. 9. P. 1584.
  18. Есеев М.К., Капустин С.Н., Лугвищук Д.С., Мордкович В.З., Лях Н.Л. Сверхгидрофобное покрытие из углеродных наночастиц луковичной структуры // Письма в ЖТФ. 2020. № 22. С. 19.
  19. Kapustin S., Zabolotny S., Eseev M., Tsykareva Y. Double-Layer Superhydrophobic Anti-Icing Coating Based on Carbon Nanoparticles // Crystals. 2022. V. 12. Iss. 10. P. 1501.
  20. Макаров Н.А., Трапезникова Е.С. Способы декорирования углеродных наноструктур с целью связывания с керамической матрицей (обзор) // Успехи в химии и химической технологии. 2020. Т. 34. № 5 (228). С. 92–93.
  21. УНТ серии “Таунит” [Text] / ООО “НаноТехЦентр”; режим доступа: http://www.nanotc.ru/producrions/87-cnm-taunit, свободный; дата обращения 2023-05-19.
  22. Mordkovich V.Z., Lugvishchuk D.S., Mitberg E.B. et al. Formation of concentric shell carbon by homogeneous partial oxidation of methane // Chem. Phys. Lett. 2018. V. 713. P. 242–246.
  23. Shilova O.A., Glebova I.B., Voshchikov V.I., Ugolkov V.L., Dolmatov V.Yu., Komarova K.A., Ivanova A.G. Environmentally friendly antifouling transparent coatings based on sol-gel ‘epoxy/titanium tetrabutoxide’ composition modified with detonation nanodiamond // J. of Advanced Materials and Technologies. 2022. V. 7. Iss. 3. P. 201–218.
  24. Rao K.S., El-Hami K., Kodaki T., Matsushige K., Makino K. A novel method for synthesis of silica nanoparticles // J. of Colloid and Interface Science. 2005. V. 289. Iss. 1. P. 125–131.
  25. Demin V.A., Blank V.D., Karaeva A.R. et al. C60 fullerene decoration of carbon nanotubes // J. Exp. Theor. Phys. 2016. V. 123. P. 985–990.
  26. Jiang G., Liu Z., Hu J. Superhydrophobic and Photothermal PVDF/CNTs Durable Composite Coatings for Passive Anti-Icing/Active De-Icing // Adv. Mater. Interfaces. 2022. V. 9. P. 2101704.
  27. Fan J., Long Z., Wu J. et al. Electrothermal superhydrophobic epoxy nanocomposite coating for anti-icing/deicing // J. Coat. Technol. Res. 2023.
  28. Türk S. Characterization of chitosan/polyethylenimine film layer as a novel anti-fog coating surface // J. Appl. Polym. Sci. 2022. V. 139. Iss. 37. P. e52884.

Дополнительные файлы


© С.Н. Капустин, М.К. Есеев, Ю.В. Цыкарева, В.И. Вощиков, Д.С. Лугвищук, 2023